En ingeniería geotécnica, el suelo presenta un desafío complejo debido a su comportamiento no lineal y dependiente de la trayectoria. Al aplicar el análisis por elementos finitos (AEF) para modelar la interacción suelo-estructura, es esencial incorporar las fases de construcción en el análisis para lograr simulaciones precisas, predicciones realistas y diseños más seguros. Omitir este aspecto crítico puede dar como resultado distribuciones de tensiones poco realistas, predicciones de asientos menos precisas y una estabilidad estructural comprometida. Este artículo explora las razones clave para adoptar este enfoque y destaca su importancia en el análisis geotécnico.
- No linealidad e historial de tensiones en el comportamiento del suelo
El suelo no se comporta linealmente bajo carga; su respuesta depende del historial de tensiones aplicadas. La relación tensión-deformación evoluciona a medida que las cargas se introducen gradualmente durante la construcción. La captura de esta progresión es esencial para una distribución de tensiones realista, ya que las fases de construcción alteran la distribución de tensiones de forma incremental, afectando al asiento y la resistencia.
- Aplicación de carga secuencial
En la construcción, las cargas se aplican de forma incremental a medida que se agregan capas o estructuras. El análisis por elementos finitos, que incorpora fases de construcción y simula aplicaciones de carga realistas, permite una predicción precisa de los asientos. De esta manera, se evita la sobreestimación o subestimación de la respuesta del suelo, que puede afectar a la estabilidad estructural.
- Interacción con estructuras existentes
Para proyectos que involucran estructuras adyacentes o existentes, el impacto de la construcción por fases en los edificios o infraestructuras cercanos puede ser significativo. El análisis por fases ayuda a evaluar riesgos como el asiento diferencial o el daño estructural.
- Desafíos específicos de la construcción
El análisis por fases ayuda a abordar las condiciones temporales durante la construcción, como la deshidratación, el asiento excesivo, etc. Al simular cada fases, los ingenieros pueden identificar los posibles mecanismos de falla de manera temprana y diseñar medidas de mitigación para mantener la estabilidad durante la construcción.
- Cumplimiento de las normas de diseño
Las normas de diseño geotécnico modernas, como el Eurocódigo 7, enfatizan la importancia de considerar las fases de construcción en los análisis. Estas normas requieren que los ingenieros evalúen la estabilidad intermedia durante la construcción y el rendimiento a largo plazo del sistema suelo-estructura después de la construcción, lo que requiere un enfoque por fases para el proceso de diseño.
Análisis geotécnico con fases de construcción en RFEM 6
Habiendo establecido la importancia de incorporar las fases de construcción en el análisis geotécnico, examinemos ahora cómo aplicar este enfoque utilizando el modelo que se describe a continuación. El modelo presenta un edificio de hormigón armado situado en un macizo de suelo, modelado en RFEM 6. La estructura se compone de una losa de hormigón armado para cada piso, una losa de cimentación, pilares y muros verticales. Las cargas aplicadas incluyen el peso propio del suelo, el peso propio de la estructura, las cargas permanentes y las sobrecargas de uso.
202x
100x
Para aquellos nuevos en el flujo de trabajo para definir las fases de construcción en RFEM 6, recomendamos consultar los artículos de la base de conocimientos que se enumeran a continuación. Es importante tener en cuenta que las fases de construcción en el software se definen en función de dos factores principales: los elementos estructurales activos durante una fase dada y las cargas aplicadas en esa fase. Para garantizar la claridad y la concisión, se demostrará el proceso para la primera fase de construcción, acompañado de una tabla que describe cómo se puede ampliar el mismo flujo de trabajo para definir las fases posteriores.
- KB 1737 | Definición de fases de construcción en términos de modelado
- KB 1724 | Consideración de las fases de construcción en RFEM 6
En la fase inicial de construcción, la atención se centra exclusivamente en el suelo. Para configurar esta fase, acceda a la ventana "Fases de construcción" y seleccione las pestañas "Sólidos" y "Superficies", como se ilustra en la Imagen 1. Este paso asegura la inclusión del sólido del suelo, así como las superficies con condiciones de contorno predefinidas. Navegue por las pestañas asociadas para ajustar el estado de los sólidos y superficies. Para los sólidos, seleccione "Todos", ya que no hay otros sólidos presentes en el modelo en esta etapa. Del mismo modo, en la pestaña "Superficies", incluya superficies con condiciones de contorno predefinidas, específicamente las superficies numeradas 31–47 y 54–57, como se muestra en la Imagen 2. Para agilizar este proceso, se pueden utilizar selecciones de objetos predefinidas, lo que le permite agregar todos los elementos relevantes simultáneamente. Este enfoque no solo ahorra tiempo, sino que también mejora la precisión en la configuración de la fase de construcción.
Una vez que se hayan definido los cambios estructurales para la fase de construcción, el siguiente paso es especificar los casos de carga activos durante esta fase. Esto se puede hacer en la pestaña "Fases de construcción" de la ventana "Casos de carga y combinaciones", como se ilustra en la Imagen 3. Para la fase inicial, solo se considera el peso propio del suelo y, en consecuencia, se asigna el caso de carga correspondiente.
En este paso, puede introducir opciones adicionales, como modificar la estructura, según sea necesario para la fase inicial en consideración (ver imagen 4). Esto es esencial porque, en los análisis que utilizan el material del suelo endurecido, el material se debe hacer lineal en la primera etapa. Para lograr esto, abra la ventana relevante y desactive la no linealidad del material, como se muestra en la Imagen 5.
A continuación, puede ajustar la configuración del análisis estático para las etapas individuales abriendo la ventana "Configuración del análisis estático" utilizando la pestaña Principal que se muestra en la Imagen 4. Si bien no se necesitan cambios para la etapa inicial donde se desactiva la no linealidad del material, se vuelve importante para las etapas posteriores, como CS2, donde puede habilitar la opción "Equilibrio para la estructura no deformada" (ver imagen 6). Esto asegura que las deformaciones permanezcan en cero, lo que le permite retener las tensiones del peso propio del suelo. Este paso es crucial para establecer el estado tensional correcto, asegurando que el modelo de material proporcione la rigidez adecuada.
Al observar la configuración en la Imagen 6, puede ver que la configuración del análisis estático para la fase inicial está configurada con un solo incremento de carga. Sin embargo, dado que las cargas se aplicarán en fases sucesivas, se necesitan consideraciones adicionales, como ajustar el número de incrementos de carga para reflejar las condiciones de carga en evolución. Para abordar esto, se puede crear una nueva configuración de análisis estático con un mayor número de incrementos de carga y asignar a las fases posteriores. El número específico de incrementos de carga para cada fase en este modelo se detalla en la tabla que se proporciona a continuación, lo que garantiza una alineación precisa con la secuencia de construcción.
| Fase de construcción: | Sigue: | Objetos agregados | Caso de carga activo | Modificación estructural: | Número de incrementos de carga: | Consideraciones adicionales: |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CS1 | / | Sólido de suelo, Superficies con condiciones de contorno | CC4 | Modelos de no linealidad del material desactivados | 1 | / |
| CS2 | CS1 | / | CC4 | / | 1 | Equilibrio para la estructura no deformada (u=0) |
| CS3 | CS2 | Elementos de cimentación | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| CS4 | CS3 | Planta baja: Muros y pilares | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| CS5 | CS4 | Planta baja: Techo | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| CS6 | CS5 | 1er piso: Muros y pilares | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| CS7 | CS6 | Techo de la cubierta | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| CS8 | CS7 | Carga permanente | CC1, CC2, CC4 | / | 10 | / |
| CS9 | CS8 | sobrecarga de uso | CC1, CC2, CC3, CC4 | / | 10 | / |
| Caso de carga | Carga aplicada |
|---|---|
| CC1 | Peso propio de la estructura |
| CC2 | Carga permanente |
| CC3 | sobrecarga de uso |
| CC4 | Peso propio del suelo |
Como se destaca en la introducción, es crucial definir las fases de construcción posteriores de una manera que refleje con precisión el proceso de construcción y la carga, al tiempo que captura de forma realista el comportamiento del suelo. Siguiendo el flujo de trabajo descrito para la fase de construcción inicial (CS1 Start) y aplicando las notas proporcionadas para otras fases, las tablas 1 y 2 pueden servir como guía para definir las fases posteriores. Tenga en cuenta que todas las fases de construcción se analizan utilizando un enfoque geométricamente lineal, con el método de Newton-Raphson empleado para el análisis no lineal. Los ajustes a otras configuraciones de análisis, como el número de incrementos de carga, se detallan en la siguiente tabla.
Una vez que se definen las fases de construcción, el siguiente paso es ajustar la configuración para generar combinaciones de carga antes de iniciar los cálculos. Esto se puede lograr en el Asistente para combinaciones para la situación de proyecto relevante. Aquí, puede configurar los ajustes del análisis y habilitar la opción para considerar un estado inicial, permitiendo la asignación de las fases de construcción definidas, como se muestra en la Imagen 7. Este método asegura que se generen combinaciones de carga para cada fase al tiempo que incorpora el estado inicial de la fase anterior, proporcionando una transición perfecta y precisa entre las fases de construcción.
Ahora tiene toda la información necesaria para iniciar el cálculo y analizar los resultados. Por ejemplo, puede ver los desplazamientos en cada fase de construcción, así como los desplazamientos finales correspondientes a la fase CS9 (FC9) completa, donde la estructura está completamente construida y se aplican todas las cargas. Además, puede elegir mostrar los resultados como diferencias dentro de un incremento de carga en una etapa o en relación con la etapa anterior (Imagen 8). Esto le permite observar las deformaciones causadas por la construcción de elementos estructurales específicos o la aplicación de cargas. En la Imagen 8, por ejemplo, se pueden ver los asientos causados por la construcción de los elementos de cimentación.
Conclusión
La incorporación de las fases de construcción en el análisis geotécnico de elementos finitos es esencial para garantizar la seguridad, estabilidad y durabilidad de las estructuras. Al simular la progresión paso a paso de la construcción, los ingenieros pueden evaluar con precisión el comportamiento del suelo, optimizar los diseños y abordar los riesgos potenciales de forma proactiva. A medida que los proyectos crecen en escala y complejidad, el análisis por fases se vuelve cada vez más indispensable. Con sus características avanzadas y herramientas intuitivas, RFEM 6 proporciona a los ingenieros una plataforma potente para realizar análisis de fases en detalle, mejorando tanto la eficiencia como la fiabilidad en la ingeniería geotécnica.
Base de datos de conocimientos
Base de datos de conocimientos