Resolver cualquier elemento de hormigón prefabricado

¡Pues sí, lo es! 

¿Cómo, preguntas? 

Con el conjunto adecuado de herramientas potentes pero fáciles de usar que te permiten avanzar de forma fluida y eficiente a través del proceso de diseño, cubriendo toda la estructura desde el techo hasta las cimentaciones, por supuesto.

Estoy convencido de que después de leer este artículo, dirás adiós a los tediosos cálculos manuales, a las interminables hojas de cálculo de Excel con miles de filas esperando a que cometas un error tipográfico en una fórmula sin querer, a las estimaciones para ahorrar tiempo valioso y, por último pero no menos importante, al uso de aplicaciones simplificadas que no cubren todo lo necesario.

Aprenderás a verificar losas alveolares compuestas, vigas prefabricadas con aberturas, ménsulas cortas, columnas y cimentaciones. Todo esto se realiza con la consideración automática de los efectos reológicos como la fluencia y la retracción mediante la aplicación del Análisis Dependiente del Tiempo (TDA) con el software, cubriendo todas las regiones de discontinuidad mediante el Método del Campo de Tensiones Compatible (CSFM) de clase mundial.

¡Así que abróchate el cinturón y disfruta del viaje educativo conmigo!

¡Resuelve estructuras desde el techo hasta las cimentaciones en un instante!

Todavía recuerdo las dificultades para terminar el diseño de una estructura de hormigón prefabricado para mi tesis de máster. 

Era un gimnasio de una sola planta con una anchura total de 26,6 metros y una longitud de 44,3 metros. La altura total era de 8,0 metros. El sistema portante se consideró un sistema de pórticos transversales formado por una viga de cubierta pretensada con aberturas apoyada en columnas con ménsulas cortas de hormigón armado, y un conjunto de arriostramientos en la dirección longitudinal. Utilicé losas alveolares con una capa hormigonada in situ en la parte superior como elementos de cubierta. Eso no suena tan complicado, ¿verdad? 

¿Entonces cuál era el problema?

Era un proceso muy tedioso porque todo lo que tenía entonces era el software analítico global y los libros. Había empezado a preparar hojas de cálculo de Excel para que todos los cálculos fueran lo más eficientes posible. Sin embargo, el número de filas del archivo todavía me persigue un poco hoy en día.

Hoy, gracias al hecho de que domino el uso de todas las aplicaciones de IDEA StatiCa Concrete, probablemente terminaría toda la parte estructural de la tesis en uno o dos días en lugar de meses.

Déjame mostrarte.

El techo, el techo, el techo es...?

Por suerte no está en llamas, pero es fácil de resolver usando IDEA StatiCa Beam! 

¿Cuáles son los retos del diseño de losas alveolares compuestas? Los ingenieros deben ser especialmente conscientes del comportamiento de los diferentes materiales utilizados para las capas individuales, el cortante en las juntas, la importancia de las fases de construcción, etc.

Dado que la aplicación Beam tiene TDA implementado, todo lo que necesitas hacer es definir los materiales, la geometría, las condiciones de contorno, las cargas (o importar los esfuerzos internos desde software de terceros), las fases de construcción y ejecutar el análisis exhaustivo que cubre todas las verificaciones del estado límite último (ELU) y del estado límite de servicio (ELS). 

No dudes en probarlo tú mismo. Inspírate con este proyecto de ejemplo de una losa.

Vigas de cubierta de gran luz

Para dichos elementos, el hormigón armado ya no es una opción. Así que hormigón pretensado es la solución. Y todos sabemos lo que eso significa. Optimizar la geometría de la sección transversal del elemento, el número de tendones, evaluar la tensión inicial, las pérdidas, etc. Muchas cosas de las que ocuparse.

Luego, para ahorrar material y hacer la estructura más ligera, hay que añadir aberturas. Por lo tanto, construir el modelo de celosía equivalente y usar el método Biela y tirante (SaT) para verificar correctamente dichas regiones de discontinuidad. Lo que añade aún más horas a un proceso que ya consume mucho tiempo.

O bien, puedes usar IDEA StatiCa Detail con su método CSFM, optimizar la estructura y, además, ahorrar tiempo significativamente. ¿Qué te parece?

Para ayudarte con el proceso de modelado, consulta el modelo ya preparado de una viga pretensada con aberturas.

"Siempre te apoyaré," dijo la columna a la viga

El diseño correcto de una columna es esencial para toda la estructura. Y eso se aplica doblemente a las columnas esbeltas. Dichos elementos deben considerarse sensibles a la estabilidad. Por lo tanto, tener en cuenta los efectos de segundo orden es imprescindible.

Ahórrate el esfuerzo de hacer los cálculos usando el enfoque de la normativa y utiliza en su lugar un enfoque más eficiente. Lee sobre el diseño sin complicaciones de columnas esbeltas de hormigón. O consulta el modelo de columna circular con efectos de segundo orden realizado en IDEA StatiCa RCS.

Ménsula corta – un pequeño ayudante

Probablemente la parte más sencilla del proyecto. Las ménsulas cortas suelen estar solicitadas por una fuerza de compresión como acción de un elemento colocado sobre ellas. Sin embargo, es necesario considerar una proporción recomendada de carga horizontal. El modelo de celosía equivalente no es tan complicado en este caso y los resultados se obtienen con bastante rapidez.

Pero (siempre hay un pero), ¿qué pasa si te digo que satisfacer los resultados del ELU no significa que la estructura no vaya a fisurar o deformarse excesivamente? Expliquémoslo con un ejemplo práctico.

Tenemos una ménsula corta con geometría, propiedades y armadura dadas, solicitada por fuerza normal y cortante como en la imagen siguiente.

Al verificar este ejemplo manualmente, se utiliza el método Biela y tirante, se evalúa la tensión de compresión en el hormigón y se compara con el valor de cálculo de la capacidad. Luego se calcula la tensión de tracción y se diseña la armadura en consecuencia. El trabajo está hecho y puedes pasar a otra parte del proyecto.

Sin embargo, solo para asegurarnos, vamos a comprobar el diseño, esta vez usando software.

He modelado la misma ménsula corta en IDEA StatiCa Detail. Comprobemos los resultados. Según el cálculo manual usando el método SaT, las verificaciones del ELU son correctas. Y lo he confirmado usando la aplicación Detail.

Sin embargo, esta vez hemos utilizado un enfoque más avanzado y también podemos ver la segunda parte de la verificación global. Y es bastante sorprendente. Las verificaciones del ELS de la misma estructura con las mismas propiedades no son satisfactorias. 

Y eso es algo que no se puede evaluar usando el método SaT. Descuidar las verificaciones del ELS puede afectar directamente a la vida útil de la estructura. Mi recomendación es verificar siempre la estructura tanto para los estados límite últimos como para los de servicio.

Normalmente, la columna y la ménsula corta se verifican por separado. Pero gracias al CSFM, puedes incluir ambas en un mismo modelo. Echa un vistazo al modelo de columna con ménsula corta.

Sosteniéndolo todo

El último paso es verificar las cimentaciones. Las zonas cercanas a los apoyos también son regiones de discontinuidad. Así que puedes volver a iniciar la aplicación Detail y hacer la magia de la ingeniería estructural. Verificar diferentes tipos de uniones columna-cimentación no es un problema.

¡Incluyendo uniones complejas como columnas con nicho!

¡Como guinda del pastel, puedes establecer la rigidez de los apoyos manualmente en función de tus cálculos para simular el comportamiento del subsuelo elástico! Para obtener más información sobre esto, consulta el artículo Tipos de apoyos en IDEA StatiCa Detail.

Y eso es todo. Ahora tienes el manual y conoces los flujos de trabajo. ¡Así que no esperes más y empieza a modelar por tu cuenta! Para evitar errores no deseados, lee el artículo Consideraciones de diseño frecuentemente pasadas por alto en estructuras de hormigón armado.

Conclusión

El propósito de este artículo no es hablar mal de los cálculos manuales usando herramientas y enfoques simplificados o de la hoja de cálculo de Excel que estás acostumbrado a usar para verificar estructuras de hormigón prefabricado. Tampoco se trata de decirte que debes cambiar inmediatamente a usar solo los productos de IDEA StatiCa. ¡Si te funciona, genial!

Quería mostrarte que existe otra forma que a veces puede ser más rápida y precisa. O que usar los enfoques mencionados anteriormente a veces puede no ser suficiente y puede llevar a un diseño potencialmente inseguro que afecte, por ejemplo, a la vida útil de una estructura.

La última recomendación que voy a dar en este texto es utilizar siempre tu criterio de ingeniero y no tener miedo de aprender cosas nuevas.

Descubre más sobre las posibilidades de diseño de hormigón en nuestro Centro de soporte, donde también puedes aprender a usar las aplicaciones en muchos tutoriales, ver a nuestros Ingenieros de Producto en acción en uno de nuestros webinars, o descargar un proyecto de ejemplo.

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