Diseño sin problemas de columnas esbeltas de hormigón

Introducción

¿Qué pasa por tu mente cuando tienes que diseñar y evaluar una columna esbelta de hormigón armado?

• Qué enfoque elegir, los métodos simplificados o los más precisos
• Usar una herramienta de software especializada o mis propias hojas de Excel
• Si las herramientas o las hojas de Excel admiten una sección transversal general de hormigón armado
• Cómo capturar la pérdida de estabilidad de una columna esbelta

Puede que digas que no puedes confiar en los métodos simplificados y que prefieres elegir un enfoque más preciso y seguro basado en el análisis no lineal. El uso de métodos más avanzados, la definición de no linealidades materiales y geométricas, todo suena muy complicado y lleva mucho tiempo. 

¿O no existe una herramienta con la que puedas diseñar y realizar la verificación normativa de columnas esbeltas de hormigón fácilmente y, al mismo tiempo, considerar el método más avanzado? ¡Sí, existe! 

Consulta la nueva función Diseño y verificación de columnas esbeltas según el Eurocódigo en IDEA StatiCa Concrete.

Flujo de trabajo

Nunca ha sido tan fácil. Simplemente sigue el flujo de trabajo de cuatro pasos para diseñar y realizar la verificación normativa de columnas esbeltas de hormigón armado.

• Crear la geometría de la estructura, incluyendo los contornos y la armadura
• Someter los elementos analizados y relacionados a los efectos de carga
• Ejecutar el análisis no lineal y la evaluación
• Generar el informe con todas las figuras, resultados y verificaciones importantes 

¿Te gustaría ser aún más eficiente? ¡Combina los dos primeros pasos que consumen más tiempo en uno! 

Usa tu software de MEF favorito (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot, etc.) y vincula la estructura analizada con el IDEA StatiCa Checkbot. Desde Checkbot puedes ejecutar fácilmente los análisis no lineales para diseñar y verificar columnas esbeltas.

Método subyacente

El método se basa en realidad en la evaluación de tensiones y deformaciones dentro de las secciones transversales de hormigón armado en las que se divide automáticamente un elemento analizado. Todo lo que necesitas hacer es armar correctamente el elemento analizado. 

Cada sección de hormigón armado se malla automáticamente según la configuración del solver GMNA. Los valores predeterminados se pueden encontrar en el botón de configuración. Gracias al mallado adecuado de una sección de hormigón armado, se obtienen resultados muy detallados para cada fibra de hormigón y barra de armadura. Puedes influir en la malla del hormigón y del acero, así como en el número de divisiones por longitud del elemento analizado.

El comportamiento del hormigón y del acero se captura mediante sus diagramas tensión-deformación, parabólico-rectangular y bilineal con rama inclinada, respectivamente.

El propio GMNA consta de tres tipos de análisis:

• Análisis materialmente no lineal (MNA)
• Análisis lineal de pandeo (LBA)
• Análisis geométrico y materialmente no lineal con imperfecciones (GMNIA)

En primer lugar, se realiza el análisis materialmente no lineal (MNA). Si no necesitas considerar la no linealidad geométrica y las imperfecciones, puedes detenerte aquí y el diseño estará terminado. A continuación, los valores proporcionados (tensión y deformación) se verifican con los valores límite definidos por la normativa. Los resultados detallados de la fibra de hormigón particular y la barra de armadura se presentan gráficamente para la sección transversal seleccionada y se enumeran en la tabla con todos los valores correspondientes de tensión y deformación. Puedes consultar los resultados por separado para el hormigón y la armadura.

Si no es suficiente considerar solo la no linealidad material y también es necesario considerar la geométrica, en ese caso, es el momento de utilizar el análisis lineal de pandeo (LBA), cuyos resultados son los modos propios y las cargas críticas del elemento analizado. Este análisis ayuda al ingeniero a determinar la pérdida teórica de estabilidad de una estructura sometida a las cargas actuantes. 

No sería seguro considerar solo la forma teórica de pandeo de la estructura, ya que existen imperfecciones iniciales. Por eso, la tabla de resultados permite definir la amplitud de imperfección para cada modo propio. La imperfección debe ser definida por el ingeniero en función de la experiencia o la recomendación normativa.  

Hasta seis modos propios son resultados del análisis lineal de pandeo (LBA).

Una vez definida la imperfección, se aplica automáticamente de forma proporcional al elemento y, a continuación, puedes realizar el último tipo de análisis: el análisis geométrico y materialmente no lineal con imperfecciones (GMNIA). 

Con este análisis, se tienen en cuenta todas las fuentes de no linealidades, como las materiales y geométricas, incluidas las imperfecciones. Los valores de salida del análisis GMNA son de nuevo tensiones y deformaciones dentro de la sección transversal particular. 

La verificación se basa en la comparación con los valores límite definidos por la normativa. Puedes observar los resultados detallados o globales, tanto para las partes de hormigón como de armadura. En la cinta de resultados de verificación normativa puedes alternar entre los valores de salida de tensión, deformación y deflexión y las verificaciones normativas correspondientes.

Ejemplo práctico

Imagina una estructura global en SCIA Engineer. Necesitas entregar un diseño seguro y económico de dicho edificio. La parte problemática es cómo definir las longitudes de pandeo de una columna cuya altura es igual a la altura total de un edificio (14,2 m) y tener en cuenta todas las posibles no linealidades, ya que la estabilidad jugará un papel importante al diseñar un elemento tan esbelto.

El flujo de trabajo podría ser el siguiente:

• Crear el modelo global de la estructura en SCIA Engineer
• Definir los casos de carga y la combinación y ejecutar el análisis lineal global en SCIA Engineer
• Usar el enlace BIM entre SCIA Engineer e IDEA StatiCa mediante el cual se importan la geometría, las cargas y los resultados
• Importar toda la estructura mediante un archivo SAF a la aplicación IDEA StatiCa Checkbot, donde se define el elemento analizado (columna esbelta) y se seleccionan las combinaciones críticas
• Lanzamiento del elemento analizado (columna esbelta) en IDEA StatiCa Member
• Verificación de la corrección de la importación: geometría y cargas
• Diseñar la armadura de la columna
• Ejecutar todos los tipos de análisis no lineales (MNA, LBA, GMNIA)
• Optimizar la geometría o la armadura de la columna
• Imprimir el informe de cálculo con todos los resultados importantes, las verificaciones normativas y las figuras

Experiencia de usuario

Prueba la nueva función y cuéntanos tu opinión. No dudes en descargar el archivo zip adjunto y probarlo por tu cuenta.

¿Te gustaría mejorar algo? Nos encantaría recibir tus comentarios. 

Como habrás podido observar, las verificaciones no dependen de la normativa en el sentido de diversas fórmulas o flujos de trabajo profundamente integrados recomendados por la normativa, sino que son conformes a la normativa mediante el uso de los valores límite de tensión y deformación definidos por la normativa, en el hormigón y en la armadura. Hasta ahora se ha implementado el Eurocódigo. ¿Estás interesado en implementar otras normativas? ¡Háznoslo saber!