Concepto estructural y estabilidad
Al inicio de un proyecto de construcción, se realizan consideraciones extensivas sobre cómo debería funcionar una estructura. Surgen preguntas como las distancias máximas posibles para los soportes y vigas, la ubicación de los arriostramientos de techo y paredes, la ejecución de los cimientos. La estructura portante del edificio debe ser diseñada.
Incluso en edificios aparentemente simples, pueden surgir preguntas sobre la posible omisión de elementos de arriostramiento o su disposición óptima. Trabajar en el plano, la vista y el corte no facilita precisamente la comprensión de la transmisión de cargas y los caminos de las cargas. En última instancia, uno puede imaginar mejor, a través de un modelo 3D, dónde se transmiten las fuerzas y cómo se distribuyen hacia los cimientos. La comprensión de la función de la estructura es por ende la base para una planificación económica de la construcción total. El reconocimiento de déficits de estabilidad es también relevante para la seguridad.
En un modelo 2D simplificado y plano, los problemas de estabilidad como un pandeo fuera del plano o un simple vuelco se excluyen por definición. Tales problemas no ocurren en el cálculo y, por lo tanto, pueden pasar desapercibidos. En los cálculos tridimensionales, el ingeniero estructural está forzado a considerar mecanismos de falla espaciales. Los errores en el diseño estructural generalmente se hacen evidentes durante el cálculo.
En un modelo 3D, también se puede evaluar mejor una falla de estabilidad global en el modelo completo.
La Modelización de Información de Construcción proporciona modelos 3D
El uso de métodos de planificación modernos como la Modelización de Información de Construcción se basa en modelos 3D. Estos también son la base del diseño estructural y pueden proporcionar ya modelos de entrada bien idealizados para el cálculo. El modelo 3D para la estática se proporciona idealmente, lo que ahorra tiempo.
Para muchos casos de pre-dimensionado o evaluación estructural simple para encontrar la estructura adecuada, este puede ser un camino rápido y útil. Otra tendencia va hacia el diseño parametrizado completo, donde la estática está completamente vinculada con el software de arquitectura. Mediante el cambio dirigido de parámetros, se pueden evaluar y calcular automáticamente muchas variantes.
El 2D no es suficiente para todas las estructuras y tipos de edificios
Si no se puede dividir el edificio fácilmente en subestructuras donde la transmisión de cargas sea clara, a menudo no queda otro camino que usar un modelo 3D. No todos los edificios siguen un patrón regular. Esto complica la transmisión de cargas y la hace difícil de controlar. Debido a las incertidumbres, se trabaja con supuestos máximos de carga para estar seguros. Sin embargo, esto lleva a resultados antieconómicos.
La simulación de influencias en el modelo completo es a menudo más ilustrativa y sencilla
Los programas de cálculo 3D pueden generar automáticamente cargas para influencias como peso propio, viento o nieve para formas de edificios estandarizadas. La condición es que las dimensiones del edificio sean conocidas. Al usar modelos completos, estas dimensiones se pueden derivar fácilmente del modelo. Los perfiles de carga de viento y nieve pueden aplicarse automáticamente a la estructura. Cambios en la geometría provocan cambios automáticos en las cargas. Las simulaciones en un túnel de viento digital solo son posibles con modelos 3D.
Análisis dinámicos en modelos 2D a menudo insuficientes
En cálculos de terremotos u otros análisis dinámicos, surgen formas modales espaciales que deben ser consideradas.
Asimismo, es necesario combinar excitaciones sísmicas en direcciones x e y respectivamente. Las cargas torsionales aleatorias juegan un papel. Por lo tanto, el uso de modelos 3D solo es evitable en los casos más simples.
Flexibilidad ante cambios
El proceso de planificación está caracterizado por cambios. Para el proceso de construcción, es importante tener siempre claridad sobre lo que es estructuralmente posible y qué cambios deben realizarse. En una estática de posiciones tradicional, esto puede significar que todas las suposiciones de carga deben ser reconsideradas.
En un modelo de estática 3D completo, las fuerzas cambiantes se llevan automáticamente en el sistema y se transmiten de componente a componente. Con una nueva ejecución de cálculo, todas las verificaciones se actualizan. El esfuerzo inicial de entrada posiblemente mayor suele compensarse con esto.
Condiciones de soporte problemáticas al crear submodelos
Al extraer submodelos del modelo completo, es necesario definir las conexiones del submodelo con definiciones de soporte. En la mayoría de los casos, no se conocen las rigideces en estos puntos de conexión o son difíciles de determinar, por lo que se utilizan soportes flexibles o rígidos de manera simplificada. Estas suposiciones son solo parcialmente correctas y llevan inevitablemente a resultados diferentes en comparación con modelos que toman las rigideces en estos puntos de conexión del modelo completo.
Modelo detallado solo tiene sentido como modelo 3D
El uso de modelos de concha 3D, por ejemplo, en el dimensionamiento de uniones de acero, es el estado del arte. Sin una solución 3D, tales análisis no serían posibles. En estos casos de aplicación, el uso de modelos 3D no se cuestiona, sino que incluso se exige. Por lo tanto, no es comprensible por qué no se deberían utilizar cálculos 3D en el cálculo de edificios completos.
Efectos secundarios del mundo 3D
Un modelo de cálculo 3D ilustra en muchos casos el resultado mucho más claramente que una cantidad de submodelos más pequeños. El comportamiento estructural se puede entender mejor, por ejemplo, con representaciones visuales de deformaciones, tensiones y fuerzas.
Estos modelos también transmiten una impresión profesional a los involucrados y contribuyen a la buena reputación del ingeniero estructural. Los modelos también pueden utilizarse directamente para primeros cálculos de masa y estimaciones de costos. La flexibilidad mencionada permite optimizar forma, función y peso.
Resumen
Muchas razones abogan por el uso de modelos 3D también en la estática. 2D y 3D no están en competencia, sino que se complementan. Hay, por supuesto, casos simples donde un modelo 3D no aporta ventajas y se obtienen resultados correctos. En ambos casos, finalmente, le corresponde al ingeniero elegir la forma de modelado.
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