1. Introducción: El espejismo de los resultados visuales

En la práctica moderna de la ingeniería estructural, el modelado por Elementos Finitos (FEM) se ha convertido en una herramienta indispensable. Nos permite capturar flujos de cortante complejos (viaje de las cargas coplanares con el diafragma) y cuantificar demandas en vigas colectoras que las suposiciones simplistas suelen ocultar. Sin embargo, existe un peligro latente en nuestras oficinas: la confianza ciega en los mapas de resultados y los contornos de colores vibrantes.

Como ingenieros, debemos recordar que un modelo FEM es una “caja negra” que solo entrega resultados tan fiables como las suposiciones que nosotros, y no el software, introducimos. El diafragma es la columna vertebral de la distribución de carga de cualquier sistema lateral; si nuestras bases de modelado son débiles, el diseño resultante será, en el mejor de los casos, una ficción matemática. La verdadera ingeniería no ocurre al presionar “Run”, sino en la validación crítica de lo que sucede entre los nodos.

Idea clave

La verdadera ingeniería no ocurre al presionar “Run”, sino en la validación crítica de lo que sucede entre los nodos.

2. La elección del tipo de diafragma: ¿Rígido, Semirrígido o Flexible?

Los diafragmas son los elementos de la estructura encargados de distribuir las cargas laterales, transfiriéndolas a los muros de corte, pórticos arriostrados y pórticos resistentes a momento.

La primera decisión fundamental es definir cómo se comportará la estructura. El software nos ofrece distintas opciones, pero cada una conlleva riesgos específicos:

  • Diafragma Rígido: Ideal para losas de concreto planas y rígidas, donde la deformación en el plano puede considerarse despreciable. En este tipo de modelos, el comportamiento del diafragma se aproxima imponiendo una rigidez muy elevada en el plano del piso, de modo que todos los nodos se desplacen como un cuerpo rígido.

    Dependiendo del software, esta condición puede implementarse de distintas maneras. En algunos programas, como RISA, se asigna explícitamente una rigidez artificial elevada (del orden de 107), mientras que en otros, como los programas de la familia CSI, se logra mediante restricciones cinemáticas de desplazamiento que producen un efecto numérico equivalente.

    Si esta rigidez es excesiva o se combina con restricciones incompatibles, enlaces rígidos o geometrías mal conectadas, el modelo puede desarrollar reacciones no físicas, producto de inconsistencias numéricas y sobrerrestricción del sistema. Estas reacciones no representan trayectorias reales de carga y deben interpretarse como una señal de advertencia sobre la calidad del modelado.

    Señal de alerta: la aparición de reacciones no físicas suele indicar sobrerrestricción, enlaces rígidos incompatibles o problemas de conectividad. Úsalas como una herramienta de diagnóstico del modelo.

    Asignación de rigidez de diafragma rígido en software RISA
    Introducción de la rigidez del diafragma en el software RISA.

  • Diafragma Semirrígido: Es la opción más representativa del comportamiento real en plantas con geometría irregular, ya que permite que la distribución de fuerzas se realice en función de la rigidez relativa del diafragma y de los elementos verticales conectados.

    Como buena práctica de modelado, es recomendable comparar siempre los resultados obtenidos con un diafragma rígido y uno semirrígido. Si la distribución de fuerzas difiere en más de un 10% entre ambos modelos, la flexibilidad del diafragma resulta relevante y debe ser considerada explícitamente en el análisis. Este criterio debe entenderse como una regla práctica de diagnóstico y no como un requisito normativo.


  • Diafragma Flexible: Se utiliza principalmente como un mecanismo de asignación de cargas por área tributaria, sin aportar rigidez significativa en el plano del diafragma. En este caso, el diafragma no participa activamente en la redistribución de fuerzas laterales, sino que transmite las cargas directamente a los elementos verticales asociados a cada área tributaria.

    Este tipo de modelado es apropiado para sistemas de madera o cubiertas metálicas ligeras, donde la deformación del diafragma es considerable y domina el comportamiento global del sistema estructural.

3. El peligro oculto de los ejes locales desalineados

Una de las formas más rápidas de comprometer la interpretación de un modelo, incluso cuando las suposiciones estructurales y la definición del modelo son correctas, es una mala interpretación de los ejes locales de los elementos. Cada elemento tipo placa posee su propio sistema de coordenadas; si estos no están alineados de forma consistente, el flujo de fuerzas resultante se vuelve difícil de interpretar.

Como regla de buena práctica, es fundamental verificar la orientación de los ejes locales antes de analizar los contornos de esfuerzo. Cuando las placas están rotadas entre sí, los mapas de contorno suelen mostrar saltos abruptos o aparentes “grietas falsas”, que no representan discontinuidades reales en el comportamiento estructural.

Para obtener un flujo de fuerzas suave y físicamente coherente, debe asegurarse que el eje local 1 (o eje X local) de todas las placas esté orientado de manera consistente respecto al sistema global. Sin esta coherencia en los ejes locales, los resultados obtenidos para el diseño de cordones y elementos colectores pueden ser engañosos o incorrectos.

Ver definiciones: cordones y colectores

Cordones: son los elementos que resisten las fuerzas de tracción y compresión asociadas a la flexión global del diafragma.

Elementos colectores: son los encargados de recoger y transferir el cortante del diafragma hacia los elementos verticales del sistema lateral.

Un diafragma mallado muestra discontinuidad de fuerzas en los nodos de esquina desalineados.


4. El arte del mallado (Meshing): diagnósticos más allá de la estética

El mallado no es un ejercicio estético; constituye la base de la convergencia y confiabilidad de la solución numérica. Un error crítico en el modelado de diafragmas es la falta de alineación entre los nodos de borde de placas adyacentes. Cuando estos nodos no coinciden exactamente, el motor de análisis estructural (solver) interpreta los elementos como desconectados, interrumpiendo la transferencia adecuada de fuerzas de membrana y generando resultados no representativos del comportamiento real.

Error crítico: si placas adyacentes no comparten nodos (o quedan con bordes “casi” conectados), el modelo puede comportarse como si estuviera desconectado y arrojar fuerzas de membrana irreales.

Para evaluar la calidad del mallado y garantizar la precisión del análisis, pueden aplicarse los siguientes criterios de diagnóstico:

Puntos de Gauss y discontinuidad:
Los motores de análisis estructural calculan los desplazamientos en los nodos de los elementos tipo área, mientras que los esfuerzos se evalúan internamente en puntos de integración, comúnmente conocidos como puntos de Gauss, mediante esquemas de cuadratura de Gauss-Legendre, y posteriormente se extrapolan a los nodos para su visualización.


Si placas adyacentes reportan valores significativamente distintos en un mismo nodo compartido, esto indica que la malla es demasiado gruesa en esa región y no captura adecuadamente los gradientes de esfuerzo. Esto ocurre porque los esfuerzos se calculan internamente en cada elemento y solo se extrapolan a los nodos para fines de visualización.

Proceso iterativo de refinamiento:
Como práctica recomendada, para resultados de diseño del diafragma (fuerzas de membrana, fuerzas en cordones y elementos colectores, o picos de esfuerzo cerca de aberturas), debe realizarse un estudio de sensibilidad del mallado. 

Es razonable iniciar el análisis con un tamaño de malla del orden del 10% del claro característico del diafragma y refinar progresivamente hasta que los cambios en los resultados críticos —como el cortante basal, las fuerzas cercanas a aberturas o las fuerzas axiales en cordones y elementos colectores— sean inferiores al 1–2%, indicando que la solución es prácticamente independiente del mallado.

Geometría de los elementos:
Es conveniente combinar elementos cuadriláteros en regiones de geometría regular con elementos triangulares en zonas irregulares o alrededor de aberturas. Deben evitarse elementos excesivamente distorsionados, ya que pueden introducir rigideces artificiales y afectar la exactitud de los resultados.

5. La trampa de la interacción Placa–Miembro: redistribución de cargas por rigidez relativa

Uno de los fenómenos más incomprendidos en el modelado de diafragmas es la interacción entre las placas del diafragma y los elementos lineales del sistema, como vigas y cerchas. Debido a la rigidez relativa entre estos componentes, las placas pueden asumir una porción significativa de las acciones que, en la estructura real, deberían ser resistidas principalmente por los elementos de gravedad.

En modelos por Elementos Finitos, esta redistribución puede ser considerable. Se han documentado casos en los que el momento flector máximo en una viga se reduce hasta en un 47% únicamente por la inclusión de la placa del diafragma en el modelo, sin que exista un cambio real en las cargas aplicadas ni en la geometría del sistema.

Este comportamiento no corresponde a un error del motor de análisis estructural ni a una deficiencia del software. Es una consecuencia directa de la formulación del método de Elementos Finitos, que distribuye las cargas en función de la rigidez relativa de todos los elementos conectados. Si la placa del diafragma posee rigidez a flexión fuera del plano, el modelo permite que esta participe artificialmente en la resistencia de cargas de gravedad, alterando la demanda calculada en vigas y cerchas.

Para evitar que esto distorsione el diseño por gravedad, se recomiendan las siguientes prácticas de modelado:

  • Usar formulación de esfuerzo plano (Plane Stress) para eliminar la rigidez fuera del plano del diafragma.
  • Modelar explícitamente la rigidez ortotrópica en cubiertas metálicas o mixtas, considerando el diferente comportamiento en ejes ortogonales.

6. Nodos “flotantes” y conectividad vertical

Un diafragma solo cumple su función si puede transferir correctamente las cargas a los elementos verticales del sistema estructural. Un error común en el modelado es generar mallas que no comparten nodos con muros o pórticos. El resultado es un diafragma que aparenta ser rígido, pero cuyos elementos verticales quedan “flotando”, sin recibir las reacciones que deberían resistir.

En proyectos con cambios de nivel, como marquesinas (cubiertas en voladizo) o podios estructurales que no comparten plano con el diafragma principal, el nivel de detalle del modelo debe aumentar. Es necesario utilizar enlaces rígidos u offsets que garanticen una transferencia continua de cargas entre el diafragma y los elementos verticales ubicados a distintos niveles. Si estos conectores no se modelan adecuadamente, se pierde la continuidad del camino de carga y se dificulta la trazabilidad de las fuerzas que deben ser recogidas por los elementos colectores.

Los modelos de diafragmas mediante Elementos Finitos son indispensables para representar las geometrías complejas de los edificios actuales. Sin embargo, su correcto uso exige disciplina en el modelado y verificación cuidadosa de la conectividad estructural.

7. Interpretación de mapas de calor: por qué Von Mises puede inducir a error

Los mapas de esfuerzos tipo Von Mises son visualmente atractivos y muy utilizados en los resultados por Elementos Finitos. Sin embargo, pueden convertirse en una trampa si se emplean directamente para el diseño del diafragma. Este tipo de resultado representa un valor escalar, obtenido a partir de la combinación de los esfuerzos principales, y suele presentarse con algoritmos de suavizado que pueden ocultar los gradientes reales de esfuerzo en el plano del diafragma.


Limitación de Von Mises:

En el análisis por Elementos Finitos, el esfuerzo equivalente de Von Mises se utiliza habitualmente como un indicador global de intensidad de esfuerzos, especialmente útil para identificar zonas críticas, concentraciones de esfuerzo y estados cercanos a la fluencia del material. Por esta razón, los mapas de Von Mises suelen ser uno de los primeros resultados que se revisan en el análisis de placas y losas, debido a su lectura rápida e intuitiva.

Sin embargo, el esfuerzo equivalente de Von Mises no contiene información direccional. Para el diseño de elementos colectores y cordones, conforme a los criterios normativos, se requieren fuerzas de membrana con dirección y sentido definidos, no un valor escalar único que represente únicamente la intensidad general del estado tensional.


Método de tiras o bandas (strip averaging):

Una herramienta más adecuada para el diseño es la integración de las fuerzas de membrana sobre un ancho efectivo de diseño, conocida como método de tiras o bandas. Al promediar las fuerzas en una franja representativa del diafragma, es posible reducir la demanda calculada entre un 40 % y 50 % respecto a los picos locales de esfuerzo que suelen aparecer cerca de aberturas o discontinuidades geométricas. Este procedimiento atenúa los hot spots numéricos y conduce a un diseño más realista, constructivo y coherente con el comportamiento estructural esperado.

8. Conclusión: hacia un diseño resiliente

El modelado por Elementos Finitos no sustituye el juicio del ingeniero; lo pone a prueba. Para las nuevas generaciones de profesionales, es fundamental entender que la validación manual no es opcional: siempre debe compararse la respuesta global del modelo —como las reacciones y la distribución de cortante— con estimaciones obtenidas mediante métodos estáticos simples. Cuando los resultados no son coherentes, el problema rara vez es la física; casi siempre está en la forma en que el modelo ha sido planteado o comunicado al software.

El refinamiento del mallado, la correcta alineación de los elementos y la verificación de la conectividad estructural transforman errores comunes en conocimiento técnico sólido. Solo entonces, los colores en la pantalla dejan de ser un espejismo visual y se convierten en una herramienta confiable para la toma de decisiones estructurales.

Reflexión final: antes de dar por concluido un modelo, conviene preguntarse si los elementos están realmente conectados y trabajando como un sistema continuo, o si el modelo representa un conjunto de piezas que solo parecen interactuar. La integridad del edificio depende, en gran medida, de lo que ocurre exactamente en esas conexiones.


Fuente y referencia:
Este artículo está basado en el trabajo de Swarna Karuppiah, PE, “Common Pitfalls in Diaphragm Finite Element Modeling”, publicado en STRUCTURE Magazine (enero 2026). El contenido ha sido reinterpretado y adaptado con fines educativos para la comunidad de ingeniería estructural en Latinoamérica.