No pierdas tiempo con las verificaciones de ELS

Según el Eurocódigo 1990, los estados límite que conciernen a:

• el funcionamiento de la estructura o de los elementos estructurales en condiciones normales de uso;
• el confort de las personas;
• el aspecto de las obras de construcción;

se clasificarán como estados límite de servicio (ELS). Esto incluye deformaciones, vibraciones y daños que afecten al aspecto o a la durabilidad, tales como, por ejemplo, la fisuración.

En otras palabras, estas verificaciones de estados límite no están restringidas por la resistencia de los elementos de la estructura, sino que se trata más bien de la durabilidad global de la estructura y también del confort psicológico de las personas.

Permítame explicar esto con más detalle. ¿Dónde se sentiría más cómodo? ¿En un edificio nuevo con paredes ya fisuradas y techos o vigas combados cuyo estado podría empeorar con el tiempo? ¿O en un edificio con paredes bonitas y lisas, donde apenas se aprecia la ligera flecha del forjado? Ni siquiera voy a adivinar que todo el mundo elige el segundo ejemplo. Y esta es exactamente la razón por la que debemos prestar atención a las verificaciones de ELS.

Sin embargo, todos sabemos que el tiempo de los ingenieros estructurales es valioso, por lo que quieren ser lo más eficientes posible en sus diseños. Como solución, hemos desarrollado nuevas funciones en la aplicación IDEA StatiCa Detail para garantizar que los ingenieros que utilizan nuestras herramientas realicen el diseño y las evaluaciones de forma rápida, económica y segura.

Verificación de limitación de tensiones: ya no tan limitante

¿Con qué frecuencia ha tenido que lidiar con resultados insatisfactorios en la verificación de limitación de tensiones? En mi caso, debo decir que muchas veces. Y en la mayoría de los casos ya sabía que podían haberse ignorado debido a la naturaleza de los resultados.

Uno de los problemas más típicos son los picos de tensión: singularidades que suelen aparecer en esquinas agudas. Veamos qué son y por qué es importante no confundir una singularidad con una concentración de tensiones.

A primera vista, puede que no aprecie la diferencia entre ambas. Sin embargo, existen distinciones, y siempre debe tenerlas en cuenta. Porque, al final, el diseño global siempre depende del ingeniero responsable y de su criterio.

Entonces, ¿qué es una singularidad y cómo pueden los ingenieros estructurales distinguirla de una concentración de tensiones?

Una singularidad de tensión es un punto de la malla donde la tensión no converge hacia un valor específico, es decir, que teóricamente el valor de la tensión en la singularidad es infinito.

Típicamente se trata de:

• Una zona donde se aplica la carga puntual.
• Una esquina aguda de la estructura.
• Un apoyo puntual.
• Esquinas de cuerpos en contacto.

Y puede estar seguro de que es una singularidad cuando:

• Hay un cambio brusco de tensión en un elemento de la malla.
• El valor de la tensión en un nodo de la malla es superior al valor límite.
• Afecta solo a una pequeña zona de la estructura y no alcanza los elementos adyacentes.

En los tiempos en que trabajaba con estructuras con singularidades, sabía que en casi todos los casos podían haberse ignorado por las razones mencionadas anteriormente, pero no había forma de hacerlo si quería obtener verificaciones satisfactorias en la aplicación utilizada. Esto significaba que tenía que modificar el modelo de diversas maneras, por lo que dedicaba mucho tiempo a ello, o posiblemente aumentar la calidad del material o introducir armadura adicional.

Y aquí es donde la aplicación Detail entra en juego con su nueva funcionalidad de verificación de tensiones limitada.

Veamos cómo funciona la función en un ejemplo práctico. Tenemos una viga con un extremo rebajado y una abertura. La carga es una combinación de una carga lineal y una carga puntual. Tras ejecutar el análisis, podemos ver que la verificación de limitación de tensiones para el hormigón no es correcta, con toda la información necesaria.

Tras un examen más detallado, queda claro que se han producido las dos situaciones que describí anteriormente. Hay una concentración de tensiones en la parte superior de la viga bajo la placa de apoyo de la carga puntual y una singularidad en la esquina aguda de la abertura.

¡Ahora es el momento adecuado para aplicar el criterio de ingeniería! La singularidad en la esquina puede ignorarse sin duda en el diseño. Pero, ¿qué hay de la pequeña zona con concentración de tensiones? ¿Qué debo hacer? Lo primero es activar la malla, lo que puede ayudar a evaluar el impacto. Si aún no está claro, puedo ir a Configuración, ajustar la malla para que sea más fina y volver a evaluar.

No obstante, en nuestro caso, a primera vista es visible que la zona de concentración de tensiones es muy pequeña, por lo que, desde mi punto de vista, también es aceptable excluirla del cálculo.

¡Y puede hacerse de forma bastante sencilla! Para ello, hemos desarrollado una función denominada Verificación limitada. La funcionalidad permite ignorar las zonas insatisfactorias. ¿Qué significa esto?

1. En lugar de las zonas rojas con una utilización superior al 100%, se muestran en blanco, y el valor de la verificación límite es del 100% en el caso de una relación de tensiones o el valor de tensión límite en MPa.
2. Además, en la tabla de verificación global, el círculo rojo con una cruz se cambia por un triángulo amarillo con un signo de exclamación que representa un aspecto informativo, y aparece una no conformidad con una descripción detallada.
3. Como colofón, puede mostrar únicamente las regiones ignoradas mientras el resto del elemento permanece en blanco.

Todas las opciones pueden incluirse en el informe una vez finalizado el proceso de modelado y cuando esté satisfecho con su diseño. Así dispondrá de una documentación a prueba de dudas para silenciar a cualquier escéptico.

Estructuras pretensadas en IDEA StatiCa

Todo ingeniero estructural que trabaje con estructuras de hormigón pretensado sabe que es muy importante prestar atención a las etapas particulares de la vida útil de las estructuras, especialmente al principio y al final.

Esto se debe a que ninguna fuerza de pretensado es constante. El valor es variable a lo largo de la longitud del tendón de pretensado y, por último, pero no menos importante, en el tiempo. Es evidente que la evaluación correcta del valor preciso de la fuerza de pretensado, y por tanto de las tensiones en los tendones, tiene un impacto significativo en el comportamiento de la estructura.

Los cambios en la fuerza de pretensado (¡una disminución de la fuerza de pretensado no tiene por qué producirse necesariamente!) son causados por muchos factores y se denominan pérdidas de pretensado. Sí, he utilizado el plural correctamente. Las pérdidas de pretensado se distinguen como:

• Pérdidas a corto plazo
• Pérdidas a largo plazo

Pérdidas a corto plazo

Las pérdidas a corto plazo suelen producirse durante el proceso de fabricación. Las pérdidas a corto plazo pueden deberse, por ejemplo, a la fricción, al deslizamiento en el anclaje, a la deformación elástica inmediata del hormigón, a la relajación de los tendones, etc.

Pérdidas a largo plazo

Las pérdidas a largo plazo se producen tras la aplicación del pretensado y pueden afectar a la estructura durante toda su vida útil. La causa de las pérdidas a largo plazo puede considerarse: fluencia, retracción, relajación a largo plazo y deformación elástica del hormigón causada por la aplicación de una carga variable.

No es una tarea fácil. ¿O sí?

Tener en cuenta todo esto (¡que es imprescindible en el diseño!) puede llevar a tener varias combinaciones que consideren distintos coeficientes de pretensado.

Aquí es donde IDEA StatiCa Detail entra en escena por segunda vez. Gracias a la nueva funcionalidad denominada Pérdidas a largo plazo para la verificación de ELS, no es necesario tener un montón de combinaciones ni pasar horas con el modelo preocupándose por si ha olvidado algo.

Todo lo que necesita hacer en la aplicación Detail es establecer una combinación, y podrá cubrir los efectos a corto y largo plazo tanto para tendones pretesados como postensados.

¿Está impaciente por saber cómo funciona? ¡Descubrámoslo!

Es importante saber que para conocer la verificación de limitación de tensiones y obtener los resultados de los efectos a corto y largo plazo en la aplicación Detail, utilizamos un diagrama tensión-deformación lineal infinito.

Distinguimos dos ramas. Una para efectos a corto plazo utilizando el módulo de elasticidad E_cm. Y la otra es para efectos a largo plazo, donde la tensión en los tendones se reduce en incrementos para el pretensado y la carga permanente por el valor definido de pérdidas a largo plazo. El incremento de la carga variable considera E_cm.

¿Cómo establecer correctamente el valor de las pérdidas a largo plazo? Podemos proporcionarle algunos ajustes predeterminados; sin embargo, de nuevo depende de los ingenieros estructurales qué valor utilizarán finalmente para el cálculo.

Tenga en cuenta que el valor difiere para los tendones pretesados y los tendones postensados. Esto se debe al momento exacto para el que debe establecer el valor de la pérdida. Consulte el artículo Implementación de pérdidas a largo plazo en Detail, donde encontrará una descripción más detallada del tema y, lo que es más importante, cuál es el momento adecuado para establecer la estimación de pérdidas a largo plazo en el cálculo.

Si está interesado en más nuevas funciones de IDEA StatiCa 23.0 (quizás no solo para hormigón, sino también para acero o enlaces BIM), visite nuestra página de Notas de la versión.  

IDEA StatiCa Detail es una excelente herramienta para resolver sus detalles de hormigón y otras regiones de discontinuidad. Descubra más sobre sus posibilidades en nuestro Centro de soporte, donde también puede aprender a utilizarla en numerosos tutoriales, ver a nuestros ingenieros de producto en acción en uno de nuestros webinars o descargar un proyecto de ejemplo.

Si está comenzando con el software o simplemente desea mejorar sus habilidades, consulte nuestros cursos de Campus de aprendizaje a su propio ritmo y seleccione el que mejor se adapte a sus necesidades.

Para aquellos interesados aún más en la teoría y el método CSFM que subyace a la aplicación Detail, vaya al Trasfondo teórico de IDEA StatiCa Detail y profundice en su estudio.