Midas Civil BIM link – preparación del modelo de cálculo
Este artículo define los principios de trabajo con el enlace BIM entre midas Civil e IDEA StatiCa, en particular las directrices para preparar correctamente el modelo de cálculo en midas Civil para garantizar una importación fluida de fuerzas internas con ajustes y verificaciones mínimos en la aplicación IDEA StatiCa BIM. El artículo forma parte de una serie de tres artículos que abordan de forma exhaustiva el problema de la importación de fuerzas internas en IDEA StatiCa BIM. Recomendamos este texto como el primero en estudiar. Los dos artículos siguientes son:
- Midas Civil BIM link for design of three-span post-tensioned bridge - Un ejemplo práctico de importación de resultados del modelo de cálculo de un puente de viga en T de tres vanos postensado en IDEA StatiCa BIM.
- Midas Civil BIM link – logic of load cases and combinations postprocessing in IDEA StatiCa BIM – Este artículo define los principios de trabajo con un enlace BIM y, en particular, las directrices para preparar un modelo de cálculo en midas Civil.
La aplicación IDEA StatiCa BIM fue diseñada para vincular las verificaciones de IDEA StatiCa (en particular la aplicación RCS) con los programas de Análisis por el Método de los Elementos Finitos (FEA) utilizados para el análisis global: Scia Engineer, Axis, midas Civil y midas Gen. Sin embargo, este artículo se centra únicamente en la integración con midas Civil. La aplicación IDEA StatiCA BIM actúa como traductor de datos complejos de midas Civil para la verificación en la aplicación RCS. Una característica clave es que importa automáticamente los resultados del análisis de fases constructivas realizado en midas Civil, incluidos los efectos reológicos y de pretensado, etc.
IDEA StatiCa BIM importa desde midas Civil:
- La geometría del modelo, las secciones transversales y las características de los materiales
- Parámetros de postensado – propiedades y disposición de los tendones
- Resultados del Análisis de Fases Constructivas
- Resultados del análisis Post-Fase Constructiva (temperatura, envolventes de cargas móviles, asiento diferencial, etc.)
- Reglas y factores de combinación
La aplicación IDEA StatiCa BIM no puede simplemente importar los efectos de fuerzas envolventes de midas Civil porque, para la correcta verificación de una sección transversal postensada en la aplicación RCS, es necesario separar los efectos del postensado, las cargas permanentes y las cargas variables. Por lo tanto, IDEA StatiCa BIM trabaja con hipótesis de carga individuales y realiza de nuevo sus combinaciones según las reglas de combinación tomadas de midas Civil. Para garantizar una transferencia correcta de datos, deben seguirse varios principios al preparar el modelo de cálculo en midas Civil. Estos principios se describirán paso a paso a continuación.
La lógica de trabajo con hipótesis de carga en IDEA StatiCa BIM y la evaluación de combinaciones envolventes difiere de la de midas Civil. Es similar a la lógica de trabajo con combinaciones, por ejemplo, en Scia Engineer. Sin embargo, siguiendo unos pocos principios sencillos, las combinaciones recalculadas en la aplicación BIM conducen a resultados idénticos de fuerzas internas que en midas Civil. Esta lógica se describe con más detalle en un artículo separado titulado Midas Civil BIM link – import of internal forces and combinations to IDEA StatiCa. Para el uso habitual de la aplicación BIM, no es necesario un estudio detallado y es suficiente con seguir los principios descritos a continuación. Sin embargo, cuando se trate de tareas inusuales o discrepancias en las fuerzas internas entre midas Civil e IDEA StatiCa BIM, es importante comprender los principios de la aplicación BIM. Además, los conceptos subyacentes a los principios simples de este artículo quedarán más claros para el lector.
1. No utilizar marcas diacríticas en midas Civil
La exportación de datos desde midas Civil utiliza archivos *.mid y *.mct. Los puntos y las comas se utilizan como separadores de datos individuales en estos archivos. Los puntos y las comas en los nombres de las entidades individuales del modelo (hipótesis de carga, combinaciones, secciones transversales, etc.) pueden romper esta estructura. Los acentos, las comas y, en general, las marcas diacríticas pueden causar problemas al importar datos en la aplicación BIM. Por lo tanto, recomendamos no utilizar marcas diacríticas al nombrar las entidades individuales del modelo en midas Civil.
2. Indicadores para determinar el tipo de combinación ELU o ELS
En midas Civil, las combinaciones se introducen en la pestaña Load Combination -> General. En midas Civil, el usuario normalmente distingue el tipo de combinación por su nombre, pero la información sobre si, por ejemplo, es una combinación ELU o ELS-característica está ausente en los datos importados desde midas Civil. Sin embargo, para la correcta verificación de los estados límite de la sección transversal, la aplicación BIM y, posteriormente, la aplicación RCS necesitan distinguir entre combinaciones. Esta clasificación puede realizarse manualmente en la aplicación BIM tras la importación en el Combination Manager. No obstante, según la siguiente tabla, es más adecuado y eficiente añadir indicadores para distinguir las combinaciones directamente en midas Civil en el campo Description. Las combinaciones sin indicadores se consideran automáticamente como combinaciones ELU.
3. Distinción coherente entre hipótesis de carga permanentes y variables en midas Civil
Para el correcto funcionamiento de la aplicación BIM con las hipótesis de carga importadas, es necesario distinguir correctamente entre hipótesis de carga permanentes y variables en midas Civil utilizando el parámetro Type para cada hipótesis de carga. Las hipótesis de carga que se configuran en midas Civil con un tipo correspondiente a cargas permanentes (Permanent Loads Case) se importan en la aplicación BIM como hipótesis de carga permanentes (más concretamente, el grupo de hipótesis de carga al que pertenecen es de tipo permanente). Las hipótesis de carga que se configuran en midas Civil con un tipo correspondiente a cargas variables (Transient Loads Case) se importan en la aplicación BIM como hipótesis de carga variables. En la siguiente imagen se muestra una lista de los tipos permanentes y variables individuales.
4. No utilizar hipótesis de carga permanentes en combinaciones Envolventes en midas Civil
Midas Civil y la aplicación BIM utilizan una lógica ligeramente diferente al trabajar con hipótesis de carga permanentes. En midas Civil, una combinación de tipo Envolvente no distingue entre hipótesis de carga permanentes o variables; simplemente evalúa matemáticamente la envolvente máxima y mínima del conjunto definido de hipótesis de carga.
Por otro lado, en la aplicación BIM, al evaluar una combinación envolvente a partir de un conjunto definido de hipótesis de carga que incluye tanto hipótesis permanentes como variables, los efectos de las hipótesis de carga permanentes siempre se añaden a la envolvente formada por las demás hipótesis de carga variables. Esto conduce a diferencias en las fuerzas internas entre midas Civil e IDEA StatiCa BIM. Sin embargo, estas diferencias en la evaluación de envolventes pueden evitarse fácilmente en midas Civil no utilizando hipótesis de carga permanentes en combinaciones de tipo envolvente junto con cargas variables. Esta regla se aplica únicamente a las hipótesis de carga permanentes.
5. Utilizar únicamente hipótesis de carga permanentes en el Análisis de Fases Constructivas
Al utilizar la construcción por fases en midas Civil (Construction Stage Analysis), es importante considerar cómo se gestionan las hipótesis de carga permanentes importadas. Todas las hipótesis de carga resultantes del Análisis de Fases Constructivas (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) se importan automáticamente en la aplicación BIM como hipótesis de carga permanentes, y la aplicación las considera como parte de los resultados de la construcción por fases. El problema surge si a una hipótesis de carga que no forma parte del Análisis de Fases Constructivas en midas Civil se le asigna incorrectamente un tipo correspondiente a hipótesis de carga permanentes (como Dead load, USER, etc.). La aplicación BIM importa esta hipótesis de carga como tipo permanente e intenta "ubicarla" entre los resultados de la construcción por fases. Sin embargo, no sabe dónde posicionar la hipótesis de carga porque no formaba parte del Análisis de Fases Constructivas definido en midas Civil. La aplicación BIM mostrará entonces el siguiente mensaje antes de realizar la verificación de la sección transversal: "The combination is not applicable for cross-section design because the permanent load cases contained in this combination do not correspond with permanent load cases defined in the construction stages."
Una vez más, estos problemas pueden evitarse fácilmente distinguiendo de forma coherente entre hipótesis de carga permanentes y variables en midas Civil mediante el parámetro Type (como se describe en el apartado 3) y utilizando las hipótesis de carga permanentes únicamente dentro del Análisis de Fases Constructivas. Por lo tanto, es esencial evitar el uso de tipos en midas Civil para hipótesis de carga variables (análisis PostCS) que se importan en la aplicación BIM como hipótesis de carga permanentes. Un error habitual, por ejemplo, es el uso del tipo USER, que siempre se importa como hipótesis de carga permanente y, por tanto, provoca los problemas descritos en el apartado anterior.
Además, la aplicación BIM dispone de una herramienta para verificar la coherencia de las hipótesis de carga permanentes en las combinaciones evaluadas con las fases constructivas en midas Civil. Se puede acceder a ella a través de la pestaña Assessment 1D haciendo clic en el botón Check of combinations.
6. Configuración de grupos de hipótesis de carga y verificación tras la importación
Todas las hipótesis de carga importadas en la aplicación BIM se dividen automáticamente en los denominados grupos de hipótesis de carga. Estos grupos evalúan las combinaciones envolventes y garantizan el correcto funcionamiento de la aplicación BIM; deben seguirse las reglas definidas a continuación.
Los resultados del Análisis de Fases Constructivas (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) se importan como hipótesis de carga parciales (para el inicio y el final de cada fase). Se asignan automáticamente a grupos de hipótesis de carga con nombres idénticos, que siempre se configuran como tipo permanente. Este proceso ocurre de forma automática.
Los resultados del análisis PostCS (hipótesis de carga variables) también se asignan automáticamente a los grupos de hipótesis de carga correspondientes, según el tipo configurado para las hipótesis de carga en midas Civil – véase el apartado 3 de este artículo. Para el correcto procesamiento de las hipótesis de carga en las combinaciones envolventes dentro de la aplicación BIM, es importante que todas las hipótesis de carga de una misma combinación Envolvente estén en el mismo grupo de hipótesis de carga y que el grupo esté configurado como tipo Exclusive. Tras la importación, es aconsejable verificar que todos los grupos de hipótesis de carga variables tengan configurado el tipo Exclusive.
Una asignación incorrecta del tipo de hipótesis de carga en midas Civil se demostrará con el ejemplo de la combinación Envolvente Temperature, que evalúa la envolvente de fuerzas internas a partir de dos hipótesis de carga:
- TG+ – Variación de temperatura no uniforme +
- TG- – Variación de temperatura no uniforme -
Analicemos la situación en la que a la hipótesis de carga TG+ se le asigna incorrectamente el tipo Temperature (T) en midas Civil, y a la hipótesis de carga TG- se le asigna el tipo Temperature gradient (TPG). Esta imprecisión no afectará a los resultados de la combinación en midas Civil, y la envolvente será correcta. Sin embargo, tras la importación en la aplicación BIM, las hipótesis de carga se ubicarán en dos (!) grupos de hipótesis de carga diferentes, ambos de tipo Exclusive. La envolvente Temperature importada desde midas Civil se evaluará en la aplicación BIM como la suma de las hipótesis de carga TG+ y TG-. El motivo de este comportamiento se explica en detalle en este artículo.
7. Activar los pasos adicionales en la configuración de fases constructivas
Al igual que la aplicación BIM reconstruye las envolventes de cargas variables, también reconstruye los resultados del análisis de construcción por fases a partir de las salidas parciales de midas Civil. Por lo tanto, es necesario exportar los resultados de midas Civil al final de cada fase (configuración predeterminada) y al inicio de cada fase. Para garantizar que la aplicación BIM disponga de información completa para "reconstruir la construcción por fases", la opción "Additional steps" debe estar marcada en el cuadro de diálogo de configuración de la construcción por fases (Load -> Construction stage -> Define C.S.) para todas las fases. Si esta opción no está activada, los pasos adicionales para la fase se crearán en IDEA StatiCa BIM, pero los valores de las fuerzas internas no se rellenarán.
8. Añadir la hipótesis de carga nula a la combinación Envolvente en midas Civil
Al evaluar la combinación Envolvente, midas Civil sigue estrictamente la lógica matemática y evalúa el valor mínimo como el valor matemáticamente más bajo y el valor máximo como el valor matemáticamente más alto del conjunto definido de hipótesis de carga.
Por el contrario, la aplicación BIM tiene en cuenta automáticamente las situaciones en las que no se aplica ninguna carga variable a la estructura al evaluar la combinación Envolvente de cargas variables. Al evaluar la envolvente a partir de las hipótesis de carga con efectos (en la sección específica de la estructura) del mismo signo, por ejemplo positivo, la aplicación BIM evaluará el valor positivo máximo como el máximo y cero como el mínimo, es decir, no se aplica ninguna carga variable a la estructura.
Si las hipótesis de carga individuales de la combinación Envolvente en midas Civil producen fuerzas del mismo signo, es necesario añadir una hipótesis de carga nula (vacía) a la combinación Envolvente. Esto también tiene en cuenta que puede no aplicarse ninguna hipótesis de carga variable a la estructura del grupo de hipótesis de carga variables en la combinación Envolvente en midas Civil. Garantiza la coherencia de los resultados entre midas Civil y la aplicación BIM.
Si la combinación Envolvente proporciona valores máximos y mínimos de signos opuestos en secciones individuales (la gran mayoría de los casos), no es necesario añadir una hipótesis de carga nula a la combinación Envolvente.
9. Consideración de los factores rsup y rinf para la verificación ELS
Las verificaciones de los estados límite de servicio (ELS) en IDEA StatiCa RCS tienen en cuenta automáticamente la influencia de los factores rinf y rsup definidos en EN 1992-1-1; 5.10.9 (1) para los efectos del postensado. Por lo tanto, no es necesario considerar estos factores al crear las combinaciones ELS en midas Civil. Si estos factores se aplicaran en midas Civil, se aplicarían por segunda vez en la aplicación RCS.
Sin embargo, es evidente que al diseñar un puente, un ingeniero necesita calcular y mostrar, por ejemplo, las envolventes de tensiones normales en las fibras extremas de la sección ya en midas Civil. Por lo tanto, antes de exportar a la aplicación BIM, es necesario desactivar estas combinaciones ELS, incluidos los factores rinf y rsup .
Una alternativa es importar las combinaciones ELS, incluidos los factores, pero en la aplicación RCS, establecer los valores de los factores ring y group en 1,0. Puede encontrarse más información sobre este tema en el artículo How the fators rinf and rsup are considered for SLS combinations.
10. Verificación de envolventes entre midas Civil e IDEA StatiCa BIM
Siempre se recomienda encarecidamente verificar la corrección de las cargas importadas en IDEA StatiCa BIM. Esto puede hacerse fácilmente comparando las envolventes de fuerzas internas entre midas Civil e IDEA StatiCa BIM (aplicación BIM). Por ejemplo, el procedimiento estándar en midas Civil es que una única combinación Envolvente "final" de Estados Límite Últimos (ELU) combine todas las combinaciones ELU parciales, y por lo tanto siempre es aconsejable, tras la importación, comparar esta envolvente final con los resultados "reconstruidos" en la aplicación BIM.
Sin embargo, al comparar envolventes para un modelo de cálculo con una sección transversal de hormigón-hormigón por fases (compuesta), surge una diferencia entre midas Civil e IDEA StatiCa BIM en cuanto al centroide considerado de la sección transversal para evaluar los momentos flectores. El programa midas Civil relaciona todas las fuerzas internas (incluidos los efectos del postensado) con el centroide de la sección transversal actualmente activada. En IDEA StatiCa BIM, las fuerzas internas se recalculan respecto al centroide de la sección transversal final a lo largo de toda la construcción por fases. Esta diferencia en el punto de referencia, respecto al cual se evalúan los momentos flectores y sus envolventes, influye naturalmente en los resultados. Por lo tanto, para secciones transversales por fases, es necesario comparar, por ejemplo, las envolventes de fuerzas cortantes entre midas Civil y la aplicación BIM. Puede encontrarse más información sobre este tema en el artículo Composite Cross-sections - Different Internal Forces in midas Civil and IDEA StatiCa.