SteelApps: Cálculo de la clase de sección

Transcripción

1 Eduacero. Una revista metálica estudiantil SteelApps: Cálculo de la clase de sección Sandra López Sauces 4to Grado Ingeniería de la Construcción RESUMEN En este artículo se describe el desarrollo de la aplicación Clase de sección, que representa la primera aplicación móvil del proyecto docente SteelApps. La aplicación se ha realizado mediante la plataforma App Inventor (MIT), y permite el cálculo de la clase de sección de perfiles de acero normalizados (IPE, IPN, HEA, HEB y HEM). Los parámetros en los que se basan los cálculos y, en consecuencia, el resultado final, son los definidos en la normativa EAE y el Eurocódigo. En los siguientes puntos se detalla la plataforma utilizada, el diseño de la aplicación, los cálculos y las funciones más importantes de la aplicación. La aplicación así como su código fuente se puede descargar de manera abierta en Palabras clave: Software para el proyecto de estructuras metálicas, Abolladura 1. INTRODUCCIÓN L as aplicaciones móviles representan una herramienta muy importante en todas las ramas de ingeniería. Clase de sección es una aplicación que se ha desarrollado con la ayuda de un proyecto docente, con el objetivo de empezar una serie de creaciones de otras aplicaciones que permitan calcular diferentes solicitaciones sobre construcción metálica. La primera propuesta es sencilla, una aplicación que, a partir de unos datos a introducirle, proporciones la clase de sección de un perfil de acero. Los datos a introducir son el tipo de perfil, el acero correspondiente y el estado tensional en que se encuentra: comprimido, flectado o flexo-comprimido; esto se detallará más adelante. El desarrollo ha sido posible gracias a la utilización de la plataforma online MIT AppInventor [1]. Ésta es una plataforma gratuita de Google Labs para crear aplicaciones para dispositivos Android. El sistema se basa en que el usuario vaya enlazando series de bloques para crear la aplicación final. Este tipo de programación es conocida como Scratch programming [2], también desarrollada por MIT. A continuación, se explicarán los detalles de la aplicación Clase de sección, la primera de una serie de aplicaciones que cada vez resolverán problemas más complejos. 2. CÁLCULO SEGÚN EAE Para conocer la resistencia, por ejemplo a flexión o a compresión de una pieza metálica, se debe conocer su clase de sección. Para obtenerla, según la normativa de acero estructural EAE [3], son necesarios los siguientes datos: - Límite elástico, fy, - Si es un panel interior o volado, - Si se encuentra comprimida, flectada o flexocomprimida y - La relación de esbeltez de los paneles c/t (Figura 1).

2 Fig.1: A la derecha, esbelteces máximas c/t en alas voladas. A la izquierda esbelteces máximas c/t en paneles interiores. Primeramente, se ha de decidir que se estudiará, si el panel interior (Figura 1, izquierda) o el exterior (Figura 1, derecha). Una vez decidido uno, se calculará el parámetro c/t según las indicaciones gráficas que pueden verse en la parte superior de la tabla. A partir de este punto, se han de verificar las desigualdades pertinentes según el estado de la pieza (comprimida, flectada o mixta de ambas). Este proceso se repite tanto para el panel interior como para el exterior. Finalmente, la clase de sección del perfil será la mayor de ambos casos. El concepto de clase de sección se estudia ampliamente en los cursos básicos de Construcción Metálica. 3. APP INVENTOR La aplicación realizada se ha programado mediante el software libre y gratuito App Inventor, perteneciente a Google y gestionado por MIT. El programa se basa en una programación en bloques, diseñado para los que quieren iniciarse en el mundo de la creación de aplicaciones para dispositivos Android. Aunque no por ello, las aplicaciones que se pueden crear son limitadas: pueden ser desde algo tan sencillo como una calculadora a algo tan complejo como juegos con rankings y bases de datos online. Este tipo de programas de código abierto permiten llegar al alcance de amplias gamas de audiencia y, por ello, son muy accesibles y muy útiles para los que quieren iniciarse en algún campo y empezar con algo sencillo y, sobretodo, de bajo coste. App inventor dispone de dos interfaces principales dónde se desarrollará la aplicación: la primera, llamada diseñador, dónde se crea la apariencia gráfica y se añaden todos los elementos que se quieren en la aplicación, y la segunda, llamada bloques, dónde se desarrolla el código de programación (figura 2 y 3).

3 Fig.2: Interfaz de diseñador de App Inventor Fig.3.: Interfaz de Bloques de App Inventor Dentro de cada una de estas dos secciones, se encuentran las herramientas necesarias para realizar cada parte. Por ejemplo, en la parte de diseño podemos encontrar botones, barras deslizadoras, imágenes, textos, conexión bluetooth/internet, etc; y por otra parte, en la parte de bloques tenemos funciones matemáticas, textuales, de procesos, etc (se tendrá más o menos funciones disponibles

4 según los elementos que se hayan colocado en la interfaz gráfica). A continuación se explicará con detalle el funcionamiento de la aplicación creada y las funciones que se han utilizado. 4. DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN La aplicación está formada por 5 pantallas en las cuales, excepto las de presentación, se han de introducir los datos de manera progresiva (Esquema 1). Esq. 1.: Interfaz de la aplicación Clase de sección Las dos primeras pantallas comprenden la parte inicial, con el título de la aplicación, una breve explicación y los créditos correspondientes. A partir de éstas, se comienza ya con el tema de clase de sección. En la tercera pantalla, se ha de seleccionar el estado en que se encuentra la pieza: comprimida, flectada o flexo-comprimida; y para ello, hay que pulsar sobre el botón correspondiente. A continuación, si se ha elegido comprimida ó flectada, aparecerá una pantalla dónde se podrá escoger el perfil y el acero y, en el caso que se escoja flexo-comprimida, aparecerá antes de ésta, otra pantalla que pedirá el valor del axil y del momento flector. En cuanto a la elección de las características del perfil será mediante unas listas desplegables y, una vez estén seleccionadas, se activará el botón calcular. Para finalizar, aparecerá una pantalla con el valor de la clase de perfil. Se puede repetir la operación pulsando el botón de atrás disponible en esta última pantalla. 5. FUNCIONES INTEGRADAS Una vez resumido el funcionamiento, se nombrarán y se detallarán las funcionalidades más relevantes que se han integrado en la SteelApp Clase de Sección (se han consultado algunas referencias en línea a manera de tutorial [5][6][7]).

5 5.1 Funcionalidades selección de información Las funciones más relevantes en relación a seleccionar y transferir información en esta aplicación son: Botones: Para realizar funciones como pasar pantallas (tanto hacia adelante como hacia atrás), selección del estado de la pieza y calcular; se han utilizado botones, dónde se les ha asignado una función cuando se le da click en la pantalla. Listas desplegables: Para poder seleccionar el perfil de una manera muy visual, se han utilizado listas desplegables. Algunas de ellas se han creado íntegramente programando en App Inventor (es decir, se han insertado los datos en la interfaz bloques, de la cual se ha comentado anteriormente); y otras, cogerán los datos externamente (esto se comenta detalladamente en el siguiente punto). Base de datos externa: Este es el punto más complejo de la aplicación. Al tener un prontuario en formato Excel con todos los datos de los diferentes perfiles, el objetivo buscado era que la aplicación leyera el nombre del perfil seleccionado y recogiera los datos correspondientes a ese perfil, con los que realizaría los cálculos pertinentes [4]. Las opciones que surgieron fueron utilizar la base de datos de dentro del software o una externa. La primera requería volver a introducir todos los datos a mano al software y, al tener ya los datos en una hoja de cálculo y ser bastante numerosos para pasarlos a mano, se optó por la segunda opción. Ésta opción se basa en que App Inventor es capaz de leer archivos de tipo CSV (Comma Separated Values) y, entonces, se podría subir este tipo de archivo a un hosting (un servicio que permite a los usuarios de Internet almacenar información, imágenes, videos o cualquier contenido accesible vía web) externo a App Inventor y que lo pudiera obtener de allí. El hosting utilizado ha sido Google Drive. El siguiente paso, era descubrir cómo el programa cogería los datos de una fila determinada (la del perfil que se seleccione en la aplicación), dónde se encontraban (separados por comas) los datos geométricos y mecánicos, y los separara cada uno como una sola variable. El código finalmente utilizado es el siguiente (Figura 4):

6 Fig.4. Bloque de programación de la base de datos Los primeros bloques naranjas definen las variables a usar. El bloque siguiente se encarga de cuando se pulse el BotonCalcular de la aplicación se conecte a la web dada, en este caso el hosting donde se encuentra el archivo, y lo descargue. Entonces, en el siguiente bloque, se comienza a tratar los datos. Primero, se crea una lista a partir del archivo CSV descargado llamada archivoprontuarioperfiles y se crea una variable con la longitud de la lista, longitudarchivo-prontuarioperfiles. Como segundo paso, se genera un bucle que va desde la primera fila hasta la variable de longitud que acabamos de crear; dónde se mira si cada fila de la lista (datosperfildeterminadojuntos) coincide con el perfil que hemos escrito en la aplicación. Si es así, se crea una nueva lista pero sólo con los datos del perfil seleccionado, mediante una función que separa textos con tus condiciones (Split). Como último paso, se asocia cada uno de los datos de la nueva lista a variables separadas con su nombre correspondiente. A partir de ahí, se continuaría con los cálculos pertinentes (EAE) para obtener la clase de sección explicados anteriormente. 5.2 Funcionalidades de cálculo La aplicación tiene integradas todas las operaciones matemáticas necesarias mediante las opciones internas que permite la plataforma. Los criterios de verificación (desigualdades) se han realizado mediante bucles conocidos como el if then [Figura 5].

7 Fig.5. Bloque de programación if then 6. EJEMPLO DE COMPROBACIÓN Aquí se presentarán tres casos diferentes, cada uno para un estado diferente de la pieza metálica (comprimida, flectada y flexocomprimida) y se mostrará si el resultado obtenido es el correcto. Caso 1: Pieza comprimida [Figura 6] Perfil: IPE500 Acero: S275 La clase obtenida para este ejemplo es clase 4. Si se aplican las instrucciones de la normativa EAE, se obtiene el mismo resultado. Caso 2: Pieza flectada [Figura 7] Perfil: HEA 260 Acero: S355 Fig.6. Caso comprimido Fig.7. Caso flectado

8 La clase obtenida para este segundo ejemplo es clase 3. Si se aplican las instrucciones de la normativa EAE, se obtiene el mismo resultado. Caso 3: Pieza flexocomprimida [Figura 8] Perfil: IPN 180 Acero: S460 Nd: 50 KN Md: 5 KNm 7. CONCLUSIONES Realizar problemas mediante una herramienta virtual resulta una manera muy práctica para realizar problemas de diseño de estructuras, dónde, en muchas situaciones, se han de ir iterando diferentes perfiles hasta encontrar el más óptimo. Para ello, existen diversos softwares de estructuras, pero muchos de ellos son bastante complejos o no son gratuitos. Por este motivo, es importante plantearse desarrollar por uno mismo pequeñas aplicaciones para así, adicionalmente, conocer sobre el desarrollo de herramientas informáticas útiles en el cálculo de estructuras. De esta manera se puede realizar un rápido predimensionamiento sobre algún proyecto y, si ya se tienen hechas pequeñas aplicaciones se pueden obtener números rápidos para acotar el problema. Un aspecto a tener en cuenta, es que la aplicación desarrollada en este documento está hecha, como se ha mencionado antes, mediante App Inventor, una herramienta muy sencilla, con un lenguaje de programación fácil como es el del Bloques. Si a la persona que está realizando estas aplicaciones le gusta el tema, puede pasar a softwares más potentes (mejor entorno gráfico por ejemplo y con más variedad en cuánto a las funciones que puedes integrar) y así, aprender también el lenguaje Android (que no es excesivamente complejo) ya que, como se encuentra el mundo actualmente, es importante que los ingenieros de construcción, civiles y otros, se adapten al mundo informático inherente a todos los aspectos de la vida diaria. Tanto la aplicación en formato.apk como el código fuente en formato.aia se pueden descargar de manera gratuita en la página web Fig.8. Caso flexocomprimido La clase obtenida para el último ejemplo es clase 1. Si se aplican las instrucciones de la normativa EAE, se obtiene el mismo resultado. 8. REFERENCIAS [1] MIT App Inventor. (2015). App Inventor, Disponible en: Último acceso: 2015

9 [2] MIT Scratch Programming. (2015). Scratch Programming. Disponible en: Último acceso: 2015 [3] Instrucción de acero estructural (EAE). Ministerio de fomento, [4] Thenat, N. [NiktorTheNat]. (2013, Septiembre 11). Tutorial 74 - Android AppInventor [Archivo de video]. Recuperado de [5] Banas, D. (2014). New Think That, Disponible en: Último acceso: 2015 [6] Peña, F. (2012). Crea tu aplicación Android, Disponible en: 05/variables-funciones-procedimientos.html. Último acceso: 2015 [7] Sepulveda, F. (2015). Tareas Plus, Disponible en: Gallego/Crear-aplicaciones-para-Android-sinprogramar. Último acceso: 2015