digitalBau como encuentro de la industria
En febrero de 2020, tuvo lugar en Colonia, Alemania, una nueva feria sobre "Digitalización en la construcción". Después de muchos años difíciles para las ferias de software de construcción típicas, este es el primer reposicionamiento exitoso de una feria en esta industria. Cabe destacar que este evento se centró exclusivamente en el software y, por lo tanto, este enfoque industrial no se perdió entre la presencia de otros fabricantes no relacionados. Esta fue una reunión muy esperada para todos los fabricantes de software conocidos en la industria de la construcción con un enfoque en el análisis y diseño estructural en particular. Si ha seguido de cerca los desarrollos en los últimos años, ha visto las tendencias; digitalBau también fue una buena oportunidad para realizarlo.
El modelado de información de la construcción se vuelve cada vez más importante
Durante más de 20 años, los ingenieros civiles han estado estudiando cómo se pueden utilizar las opciones digitales para representar el ciclo de vida completo de los edificios. Solo ahora parece que más de unos pocos pioneros están trabajando con él. Además, los ingenieros estructurales también reconocen este tema como una oportunidad para adquirir nuevos clientes, trabajar de manera más eficiente y presentar su oficina de ingeniería como innovadora y progresiva. Este último punto no se debe subestimar cuando se trata de contratar ingenieros especialistas difíciles de encontrar y retenerlos durante un período de tiempo más largo.
Las nuevas versiones de software incluyen más herramientas para trabajar mejor con datos en 3D y comunicarse digitalmente. Esto fue precedido por varios años durante los cuales los arquitectos llegaron a apreciar las ventajas de los gemelos digitales. Ayudan a crear visualizaciones atractivas y a realizar estimaciones de costes de forma rápida y precisa. Una vez que se han creado los modelos en 3D, desea utilizarlos para otras tareas, como el análisis y diseño estructural.
¿Por qué empezar de nuevo desde el principio cuando puede importar los modelos con la interfaz Open BIM certificada? Estas han sido las ideas hasta ahora. Sin embargo, ahora se sabe que un modelo de cálculo digital es fundamentalmente diferente de un modelo en 3D creado por el arquitecto, incluso si se ve igual a primera vista. Aunque se basa en las dimensiones y los datos del modelo del gemelo digital, no contiene necesariamente la información sobre apoyos, articulaciones y, por ejemplo, las cargas asociadas y combinaciones de cargas que son esenciales para un cálculo. Además, el modelo de análisis contiene simplificaciones significativas, sin las cuales no sería posible un cálculo eficiente incluso hoy en día. Por ejemplo, en el modelo BIM, todos los componentes estructurales se describen como sólidos.
Sin embargo, en el modelo de análisis estructural, los elementos sólidos rara vez se utilizan en los cálculos. En cambio, los pilares y vigas se modelan como elementos finitos 1D (es decir, con un nudo inicial y final y una línea entre ellos). La rigidez del elemento se describe mediante los valores de la sección y la longitud de la línea. Por lo tanto, las geometrías de sólidos en 3D degeneran en modelos de alambre simples. Esto, a su vez, significa que las líneas centrales y las superficies de pilares, vigas, techos y muros no siempre se encuentran en un nudo o línea; por lo tanto, puede acceder fácilmente al modelo de alambre mencionado. En cambio, la posición de las líneas de acción estructurales a menudo se debe mover y definir con mayor precisión para obtener un modelo de análisis coherente y mallable.
Dado que esto requiere conocimientos de ingeniería, no siempre se puede automatizar completamente mediante software y puede llevar mucho tiempo. El software BIM de última generación muestra este problema y ambos modelos, incluido el modelo estructural, están disponibles. Las herramientas especiales alargan, acortan o encuentran puntos cercanos y los definen como nudos estructurales. Si estos modelos estructurales se transfieren al software de análisis estructural en el siguiente paso, se requiere un formato de intercambio común. Esto no tiene que ser necesariamente el formato IFC independiente del fabricante. Existen múltiples formatos, así como interfaces directas entre el BIM y el software de análisis estructural, donde los datos se importan directamente de un programa a otro sin un archivo intermedio.
Nuevas soluciones digitales para simulaciones de cargas de viento
Una vez que el modelo se ha importado en el software de análisis estructural, debe refinarlo aún más. Además de los apoyos, articulaciones y otros parámetros mecánicos, la aplicación de la carga es un gran paso. En el enfoque tradicional, las suposiciones de carga se realizan y se introducen en el modelo analítico como cargas en barras o superficies. Para formas de edificios regulares, las normas de carga indican qué cargas se deben aplicar. La aplicación de cargas del peso propio, impuestas y de nieve generalmente causa solo algunos problemas. La situación es diferente para las cargas de viento. Los flujos de viento y las turbulencias solo se regulan para objetos de construcción simples. Incluso las cosas más comunes, como buhardillas, aleros, marquesinas o edificios parcialmente abiertos pueden conducir rápidamente a situaciones en las que no está claro si las cargas de succión o compresión están presentes o no y qué tan grandes son. Sin embargo, con la opción de planificar digitalmente, es posible que desee diseñar formas de edificios arquitectónicamente sofisticadas y extravagantes. Incluso si se pueden hacer suposiciones de carga aquí, es muy engorroso y requiere mucho tiempo aplicarlas. Al igual que con el uso del análisis estructural para simular flujos de viento, también puede usar los métodos de análisis por elementos finitos, que generalmente se usan, por ejemplo, en ingeniería mecánica para el análisis de flujos. Es obvio usar simulaciones digitales para flujos de viento y para determinar las presiones del viento en edificios.
Por lo tanto, la simulación de cargas de viento fue un tema importante en el stand de la empresa de software de análisis y dimensionamiento estructural Dlubal en la feria digitalBau en Colonia, Alemania. El programa correspondiente, RWIND Simulation, se puede interpretar como un túnel de viento digital. Lo que de otro modo se analiza en modelos de réplica en uno de los pocos túneles de viento en Alemania de una manera costosa y que requiere mucho tiempo, ahora se puede analizar mucho más rápidamente. Los modelos digitales, ya que están disponibles cuando se usa el método BIM, se importan al software y, por lo tanto, se pueden mostrar con un alto nivel de detalle. Además, la topografía del entorno y los edificios adyacentes son importantes en las simulaciones de viento. Estos se pueden importar y alinear adicionalmente en relación con el edificio. Las normas relevantes especifican las velocidades básicas del viento y las turbulencias que se aplicarán en los diagramas. Puede definirlos en el software como un perfil de viento vertical dependiendo de la norma. La simulación de flujos de viento desde diferentes direcciones comienza con estas especificaciones. Como resultado, obtenemos visualizaciones animadas de los flujos y velocidades del viento, así como las presiones resultantes en la superficie de la estructura, que luego se pueden usar como una carga estructural.
El túnel de viento digital se puede utilizar de forma aún más eficaz en combinación con el software de análisis estructural RFEM. Los modelos de análisis en 3D se pueden transferir directamente al túnel de viento digital. Una vez completada la simulación, las cargas se transfieren automáticamente como un caso de carga estructural. Cuando se utiliza un software de CFD como RWIND Simulation, una parte importante del análisis estructural se eleva a un nivel completamente diferente. Las suposiciones de carga basadas en CFD brindan la oportunidad de determinar acciones de carga más realistas y posiblemente más económicas y seguras para las estructuras de soporte. La utilización de modelos en 3D en el análisis estructural y la simulación de viento también ahorra tiempo al introducir las cargas de viento. Por otro lado, existe la discrepancia de que las aplicaciones de carga basadas en los estándares de carga no se corresponden con las cargas determinadas numéricamente del análisis CFD. Esto plantea dudas, especialmente si el nivel de carga es más bajo. Aquí son necesarios los cálculos de referencia y la validación de los resultados numéricos frente a los puntos de referencia conocidos.
Sin embargo, también se puede argumentar que las pruebas reales en túnel de viento solo representan la realidad aproximadamente debido a los modelos muy reducidos, los errores de medición y la distribución de los sensores. Además, es difícil determinar la elasticidad de los edificios en una prueba real de túnel de viento. Las soluciones numéricas ofrecen un gran potencial aquí. Además, los estándares de carga son métodos muy simplificados, que generalmente se consideran como una herramienta segura. Ambos métodos de determinación de carga (ensayo de túnel de viento real y métodos simplificados de la norma de carga) representan solo aproximaciones de la realidad. Por lo tanto, las cargas determinadas por medio de CFD y RWIND son al menos una buena alternativa y ayudan al usuario a comprender las condiciones reales. Este es un buen ejemplo de cómo la industria de la construcción puede beneficiarse de la digitalización y el BIM, así como de productos nuevos e innovadores. Además del modelo de arquitectura y análisis, se requiere un modelo de viento digital. Esperemos que las circunstancias legales y los métodos de comprobación del análisis estructural se adapten a las nuevas posibilidades y den forma activa al progreso técnico.
Servicios basados en la nube
Otro tema discutido con frecuencia es el uso de servicios basados en la nube para el análisis y diseño de estructuras. Sin embargo, no se trata solo de guardar datos en servidores, sino también de proporcionar información en la web y su uso automatizado. En relación con el análisis estructural, ya hay muchos ejemplos donde se pueden realizar cálculos en el alma. Un ejemplo de cómo la planificación estructural puede beneficiarse de los servicios basados en la nube es la herramienta Geo Zone Tool de Dlubal Software. Este servicio incluye mapas de zonas para determinar rápidamente las cargas de nieve y las velocidades del viento, así como datos sísmicos y de tornados para muchos países en todo el mundo.
Las acciones de tsunamis, temperatura, lluvia y hielo están actualmente en desarrollo. Los mapas de zonas se basan en mapas digitales de servicios de mapas en línea como Google Maps y OpenStreetMap. Las normas respectivas están disponibles para cada país. Un número limitado de solicitudes está disponible sin coste alguno. Su acceso se activa a todos los mapas de zonas después de iniciar sesión. Una aplicación web adicional está disponible para la transferencia automática de datos desde sitios web de terceros para cualquier ubicación. De esta manera, el servicio también se puede incluir en otras aplicaciones.
Además, puede utilizar las tablas de secciones en línea. Anteriormente, tenía que actualizar los documentos u obtener las propiedades de la sección en forma impresa con regularidad, pero ahora puede acceder a las últimas versiones en línea. No solo están disponibles las secciones estándar, sino también las formas de las secciones que puede introducir por medio de las dimensiones. Por lo tanto, el servicio en línea ofrece mucho más que un libro de tablas impreso inalterable.
Los programas de análisis por elementos finitos y los proyectos calculados con ellos a veces son tan complejos que, en algunos casos, es necesario un contacto intensivo con el fabricante del software. Una vez más, hay una tendencia hacia una formación en línea más espontánea y reuniones de soporte. Al igual que en la vida privada, se puede contactar directamente con el equipo de soporte y los usuarios, al menos para preguntas simples iniciales. Ahora, esto va mucho más allá de la solicitud habitual por correo electrónico, y puede utilizar las funciones de comentarios en los canales de redes sociales como Facebook e Instagram para contactar con la empresa. Algunos fabricantes también ofrecen funciones de chat en sus sitios web que utilizan la inteligencia artificial para buscar automáticamente posibles respuestas a las preguntas formuladas. Si solía reservar un curso de formación que incluía un viaje de varios días, ahora puede ampliar sus conocimientos en el canal de YouTube con un seminario web grabado o un evento para clientes.
Los sitios web, por ejemplo de Dlubal Software, se han desarrollado en un portal completo de análisis estructural. Además de un foro tradicional, hay numerosas preguntas frecuentes (FAQ) que ayudan a los usuarios a resolver problemas fuera del horario de oficina. Los artículos técnicos proporcionan conocimientos sobre temas específicos. Todo el contenido está disponible de forma gratuita y, además, puede aprovechar las amplias opciones de búsqueda para encontrar el artículo relevante.
