Memoria de cálculo estructural: qué es, qué contiene y cuándo se necesita
Actualizado: hace 6 días
Un tema muy interesante respecto a la ingeniería estructural, y que muchas veces los ingenieros damos por sentado, son las memorias de cálculo. Este documento que para los ingenieros es una especie de compendio, y que para los clientes es una exigencia de diversos mandantes que podría entrar en la categoría de caja negra. Una memoria de cálculo estructural es el documento técnico que registra y justifica los criterios, cargas, modelos, verificaciones y resultados utilizados para diseñar una estructura.
Antes de la era del computador, las memorias de cálculo eran verdaderos cardex de hojas garabateadas a mano, con un hilo conductor muy difícil de seguir, y que luego, para el ingeniero resultaba una pesadilla volver sobre sus pasos, pero la informática ha desarrollado herramientas maravillosas (partiendo por el simple Excel), que han permitido sistematizar las memorias de cálculo en documentos mucho más coherentes y fáciles de revisar.
1. ¿Qué es una memoria de cálculo estructural?
Como la mayoría sabe, el ingeniero estructural debe “calcular” una estructura (origen de la jerga “calculista”), es decir, en base a ciertos supuestos, verificará que todos los elementos del proyecto cumplan con la norma aplicable, que indica qué cargas soportará ese elemento, cuánto resiste ese elemento, cuánto se deforma, etc.
Esto suena muy bien, pero entonces ¿el ingeniero va a terminar con un cerro de hojas de cuaderno llenas de fórmulas y cálculos? La respuesta a esta pregunta es no, ya que todos estos cálculos deben poder revisarse de forma más o menos sencilla (nunca es sencillo). Entonces, resulta que el ingeniero deberá esmerarse en juntar todas las páginas de sus cálculos y análisis y presentarlas en un documento estructurado y explicado de forma que se entienda cómo hizo el trabajo.
Ese documento es la memoria de cálculo, un documento que presenta el análisis y diseño estructural de forma ordenada y auditable. El contenido de una memoria de cálculo está establecido en la NCh3417, norma que busca estandarizar el contenido de las memorias de cálculo, simplificando la revisión de las mismas, ya sea por el mismo ingeniero que la desarrolla, como por revisores posteriores.
En términos generales, una memoria de cálculo debe registrar lo siguiente: antecedentes, criterios, modelos, cargas, verificaciones y resultados que respaldan el diseño estructural.
2. ¿Para qué sirve una memoria de cálculo?
La función primaria de una memoria de cálculo es servir de respaldo al diseño, es decir, si en el plano aparece una viga con cierta armadura, debería poder recurrirse a su memoria de cálculo y encontrar las cargas que resiste, los materiales con que debe fabricarse, cuánto resiste y obviamente la relación cargas-resistencia, que debe ser menor que 1 (o que un factor de seguridad).
Una memoria de cálculo cumplirá otras funciones adicionales, como son justificar el diseño, permitir su revisión, respaldar las soluciones indicadas en planos y dejar trazabilidad de los criterios utilizados. También son un producto comercial en sí mismas, ya que muchas veces, los mandantes exigirán una memoria de cálculo para diversas soluciones, con lo cual, se deja un respaldo de que se trata de un trabajo bien hecho y tiene el aval de un profesional capacitado para certificarlo.
En Pinedo Ingeniería hemos realizado memorias de cálculo para procesos de regularización municipal, lo que muchas veces conlleva un levantamiento de la estructura existente. Algunas veces este tipo de procesos terminará con la recomendación de reforzar la estructura, lo que en definitiva redunda en seguridad para el usuario.
3. ¿Qué antecedentes se necesitan para elaborar una memoria?
Los proyectos inmobiliarios tienen como requisito principal contar con la arquitectura, pero además se requieren otros antecedentes que permitan aplicar las normas de carácter obligatorio que rigen este tipo de diseño: ubicación, destino de la construcción, materialidad, mecánica de suelos cuando corresponda, topografía en terrenos accidentados, antecedentes de estructuras existentes, etc.
4. ¿Qué debe contener una memoria de cálculo estructural?
Siguiendo el esquema indicado en la norma NCh3417, el contenido de una memoria de cálculo debe ser:
a) Bases de diseño
b) Esquema de ubicación de los elementos estructurales
c) Esquema de cargas
d) Principales resultados del análisis
e) Principales resultados del análisis de fundaciones
f) Capacidad de servicio
Personalmente, yo no tomo este listado en forma estricta, ya que este contenido me parece insuficiente, aunque es más completo que el exigido en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. Un índice más adecuado de los contenidos requeridos en una memoria de cálculo sería:
- descripción y antecedentes del proyecto: se indica identificación del proyecto (con dirección, propietario), el destino de la estructura (vivienda, industria, galpón, letrero, etc.), sistema estructural (muros de hormigón, losas, estructura metálica, paneles de madera, etc.).
- normativa utilizada: normas obligatorias y atingentes al tipo de proyecto. No es la idea poner listas infinitas de normas a ver si le apuntas a alguna que sirva, ya que este sistema obliga al cumplimiento de requisitos que pueden ser contradictorios. La idea es colocar las normas referidas al cálculo de cargas (cargas de uso, nieve, viento, sismo), las normas referidas al tipo de material a utilizar (hormigón, acero, madera, etc.), las combinaciones de cargas (NCh3171) y otras que sean necesarias. En todo caso, las mínimas.
- materiales y sus propiedades: se debe colocar una lista de materiales de obra gruesa de la obra e indicar sus propiedades. Hay que entender que las propiedades para efecto de la memoria de cálculo son los parámetros con que se calcula, o sea, resistencia y módulo elástico en MPa.
- criterios y sistema estructural: una breve descripción de cómo resiste las cargas la estructura, tanto en forma vertical, como sísmica, por ejemplo: se trata de un edificio de muros y losas de hormigón armado, sin discontinuidades evidentes en sus elementos verticales; las cargas sísmicas son tomadas por los muros en cada dirección de análisis.
- cargas y combinaciones de carga: Se debe hacer una lista lo más exhaustiva posible, detallando el tipo de carga (viento, nieve, etc.) con su norma, elementos tipo (losas, techo, escaleras, etc.), e indicando la carga que debe soportar de acuerdo a la norma citada. También se citarán las combinaciones de carga que se usarán, se deben eliminar de la lista las combinaciones que no se utilizan en el proyecto.
- modelo y metodología de análisis: existen numerosos programas de análisis estructural, como el SAP2000, ETABS, Risa3D, Robot, entre otros. Si se utilizó alguno, se deberán poner imágenes del modelo, con sus cargas aplicadas. Si no se usó un modelo, se adjuntarán las planillas de cálculo, identificando los elementos analizados de la forma más clara posible.
- diseño y verificación de elementos: al igual que en el punto anterior, se mostrarán los resultados arrojados por el programa de cálculo o la verificación que la hoja de cálculo realice. Los resultados deben ser trasladables a un plano, o sea, tal armadura, tal diámetro de pernos, tal espesor de placa y si cumple con el cálculo respectivo (indicar “OK”, “Cumple” o algo así).
- fundaciones: se deben mostrar las cargas combinadas por tensiones admisibles para el diseño de la geometría de la fundación, las dimensiones de la zapata y verificar que cumple con las tensiones admisibles del suelo. Finalmente, se verificará con combinaciones de carga mayoradas (LRFD) qué armaduras deberá llevar esa fundación.
- resultados y conclusiones: muchas veces se exige colocar un apartado de conclusiones, en lo personal, lo encuentro poco útil, ya que el resultado de un diseño siempre va a ser “en conclusión, la estructura cumple con todas las normas aplicables”, porque nadie diseña para no cumplir con la norma. En el caso de memorias de cálculo que respaldan informes para ampliaciones o diagnósticos, este capítulo se vuelve relevante, ya las conclusiones son las que moverán al dueño del proyecto a tomar decisiones.
Puedes ver más información en este artículo sobre los planos de estructura: https://www.pinedoingenieria.cl/post/qué-son-los-planos-estructurales-y-qué-deben-contener
5. Cargas consideradas en el cálculo
Las cargas que se aplican sobre una estructura están reguladas en parte por las prácticas normales de ingeniería (lo que podríamos llamar el estado del arte, sentido común o entrenamiento del ingeniero) y mayormente por lo que establece la normativa. En este sentido, podemos identificar las cargas más básicas:
D: peso propio, que es el peso de la estructura y aquellos elementos adosados en forma permanente.
L: sobrecargas de uso, que representa todas las cargas móviles aplicadas sobre las losas, como muebles, personas, acopios de mercancías, etc.
Tanto L como D están reguladas por la norma NCh1537.
S: nieve, es la carga que se aplica en la losa de techo o sobre la estructura de techumbre para representar una nevada extrema, según la NCh431.
W: viento, se aplica sobre toda la envolvente del edificio o sobre la superficie de los letreros según la zona del país y las condiciones del lugar. En este caso la norma es la NCh432.
E: sismo. Representa las acciones sísmicas que debe resistir la estructura. Su determinación depende, entre otros factores, de la ubicación, características del suelo, masa y sistema estructural del edificio. En Chile, su cálculo se rige por distintas normas según el tipo de estructura, entre ellas NCh433 para edificios y NCh2369 para estructuras e instalaciones industriales.
Hay otro tipo de cargas, como cargas de tránsito para puentes, puentes grúa y equipos industriales para edificios industriales entre otros casos específicos.
6. Modelo estructural y resultados del análisis
Tradicionalmente los proyectos de cierta complejidad se han desarrollado con una serie de métodos simplificados, como el método de Cross, método de cerchas, tablas de Czerny entre otros. Sin embargo, la llegada de los computadores al cálculo estructural ha permitido simplificar el diseño con la llegada del software estructural.
Básicamente, se trata de métodos anteriormente conocidos, los llamados métodos matriciales, el método de la rigidez y el método de energía, que pueden ser fácilmente automatizados y a los cuales se les dota de una plataforma gráfica que permite interactuar mucho mejor con el diseño.
Hoy en día existen muchos softwares de análisis estructural, como Risa3D, Robot, Cype Cad y otros, sin embargo, los más utilizados son el SAP 2000 y el ETABS.
Estos modelos permiten definir la geometría de los proyectos, sus materiales y asignarles cargas y combinaciones. También hacen la verificación estructural de los elementos. Sin embargo, estas herramientas no reemplazan al especialista, ya que se deben interpretar los resultados, revisar errores e ir depurando los modelos hasta que entreguen resultados útiles.
Puedes ver más información en este artículo: https://www.pinedoingenieria.cl/post/qué-hace-el-ingeniero-estructural
7. Verificación y dimensionamiento de los elementos
¿Y qué se hace con los resultados del análisis?
Básicamente, todo este cálculo, realizado a mano, con Excel o con SAP2000 llevarán a determinar las dimensiones de las vigas, columnas, losas o fundaciones y qué fierro llevan adentro.
Por ejemplo, un análisis de una viga debe arrojarnos la cantidad de fierros longitudinales y de estribos que llevará la viga en su interior para asegurar que no se rompa con el uso normal. En el caso de las estructuras metálicas, servirá para determinar qué perfil utilizar para cada viga o columna.
8. Relación entre la memoria de cálculo y los planos estructurales
La memoria y los planos no son productos independientes: lo calculado debe corresponder con lo dibujado. Si la memoria considera una columna de ciertas dimensiones, materiales y armaduras, los planos deben representar esa solución.
En este sentido, hay que cuidarse de varios errores que se pueden encontrar en el ámbito del cálculo estructural, como memorias de cálculo demasiado genéricas, en que prácticamente se entrega un criterio de diseño, sin respaldar el análisis o, por otro lado, memorias evidentemente copiadas de otro proyecto, en que no se puede hacer una correlación entre lo justificado en la memoria con lo que aparece en los planos.
Por esto, las memorias de cálculo deben hacer referencia a elementos específicos de los planos, ejes que aparezcan en los planos y detalles que puedan relacionarse, para evitar que el revisor interprete que estamos falsificando los resultados.
9. ¿Cuándo se exige una memoria de cálculo?
En general, los proyectos de cálculo estructural deben acompañarse de una memoria de cálculo. En el caso de las edificaciones, el artículo 5.1.7 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones establece que el proyecto de cálculo estructural debe presentarse ante la Dirección de Obras Municipales junto con la memoria de cálculo y los planos de estructura. La misma disposición contempla ciertas excepciones a la obligación de contar con un proyecto de cálculo estructural, entre ellas las edificaciones cuya superficie sea menor de 100 m², además de otros casos específicos establecidos por la Ordenanza.
En determinados proyectos, además, se exige la revisión del cálculo estructural por un Revisor de Proyecto de Cálculo Estructural. El artículo 5.1.25 de la OGUC establece los casos en que esta revisión es obligatoria, entre ellos edificios de uso público, determinados conjuntos de viviendas de 3 o más pisos, edificios de 3 o más pisos destinados exclusivamente a oficinas privadas, edificios que deben mantenerse operativos ante situaciones de emergencia y proyectos cuyo cálculo estructural se base en normas extranjeras.
10. ¿Quién puede elaborar una memoria de cálculo?
Tal como hemos venido tratando en todo este artículo, la memoria de cálculo la elabora el ingeniero estructural a cargo del desarrollo del proyecto, o como dirían los españoles “el autor” (lo sé, es una jerga que suena algo anómala, pero es muy gráfica).
Respecto a quienes están habilitados legalmente en Chile para desarrollar este tipo de proyectos, la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, en su artículo 5.1.7 faculta a Ingenieros Civiles o Arquitectos a elaborar y suscribir proyectos de cálculo estructural.
11. ¿Cuánto cuesta una memoria de cálculo?
Normalmente, el valor de una memoria de cálculo está incluido en los honorarios del desarrollo del proyecto de ingeniería completo, el cual se cobra por metro cuadrado edificado. En este artículo (https://www.pinedoingenieria.cl/post/qué-hace-el-ingeniero-estructural) se puede ver un análisis de los honorarios de un ingeniero civil por proyectos completos que incluyen memoria de cálculo y planos.
En caso de requerir solo la memoria de cálculo, el profesional evaluará, en base a las horas y los recursos que deba destinar, el costo de desarrollar la memoria. En este tipo de casos, lo más conveniente es cotizar con un especialista de su confianza. Si desea consultar con nosotros, en el próximo punto se encuentra el link de nuestro formulario de contacto.
12. ¿Necesitas una memoria de cálculo para tu proyecto?
Si necesitas una memoria de cálculo, una revisión de una estructura existente o evaluar una ampliación, en Pinedo Ingeniería podemos revisar tus antecedentes y definir el alcance de la ingeniería que requiere tu proyecto:
Revisa en Youtube el siguiente video “¿Qué es una memoria de cálculo estructural y qué debe contener?”
Si quieres saber quién está autorizado para realizarlo, lee nuestro artículo “¿Quién hace cálculos estructurales?"
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Si estás construyendo una vivienda, revisa “¿Qué es el cálculo estructural y cuándo se necesita en Chile?"
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