El acortamiento diferencial entre el núcleo central y las columnas periféricas es una consideración de diseño crítica cuando se trata de edificios de gran altura de 40 o más pisos. Estos efectos pueden incluso provocar modificaciones en el diseño, como aumentar las dimensiones de las columnas o añadir vigas estabilizadoras (outriggers).
Una forma eficaz de mitigar el acortamiento de columnas es considerar la contribución de la armadura longitudinal. Este enfoque no es costoso, ya que la armadura ya está colocada. Por supuesto, podemos añadir más armadura para reducir aún más el acortamiento de la columna.
Pero, ¿cómo se maneja esto en el software de análisis estructural de uso común? Primero, debemos comprender los mecanismos del acortamiento de columnas:
- El acortamiento de columnas en estructuras de hormigón armado puede atribuirse a dos componentes principales: deformaciones elásticas e inelásticas. El acortamiento elástico ocurre inmediatamente después de la aplicación de la carga y está gobernado por la rigidez axial de los elementos estructurales, que depende tanto de las propiedades del material como de las dimensiones de la sección transversal.
- En contraste, el acortamiento inelástico (o dependiente del tiempo) se desarrolla gradualmente con el tiempo debido a los efectos de fluencia y retracción en el hormigón. Estos fenómenos conducen a una reducción progresiva de la rigidez efectiva de las columnas, lo que resulta en una deformación vertical adicional incluso bajo carga sostenida.
Veamos cómo se consideran estos efectos en el software FEM común.
Enfoque de ETABS
La armadura no se considera en el cálculo de la rigidez axial de las columnas, pero sí en el impacto de la armadura en los parámetros de fluencia del hormigón. En otras palabras, ETABS considera el impacto de la armadura en la parte inelástica del acortamiento de la columna (ver la figura a continuación), pero desprecia la parte elástica.
Enfoque de RFEM
Dlubal ofrece un enfoque general que permite a los usuarios considerar la armadura en el cálculo de la rigidez de la barra (ver la figura a continuación) en RFEM 6. Las columnas se tratan como secciones compuestas (hormigón + armadura) durante el análisis. Por lo tanto, se tiene en cuenta el impacto de la armadura tanto en el componente elástico como en el inelástico del acortamiento de la columna.
Ejemplo
Para ilustrar cómo maneja cada software el acortamiento de columnas y mostrar el impacto de la armadura, se presenta un ejemplo numérico.
Se consideran los siguientes parámetros:
- Tamaño de la columna: 1,0 m × 1,0 m
- Longitud: 10,0 m
- Hormigón: C30/37
- Armadura: 36T32 (2,89%)
- Carga: 10 000 kN
Resultados
1) Primero, se realiza un análisis elástico en ambos programas para garantizar que se consideren los mismos parámetros. Encontramos exactamente el mismo acortamiento en ambos programas (3,03 mm).
2) Segundo, se realizan análisis inelásticos, teniendo en cuenta la fluencia y la retracción en el hormigón sin la armadura. Vemos que también obtenemos exactamente los mismos resultados (16,74 mm).
3) Por último, se considera la armadura en el análisis inelástico. Como era de esperar, ETABS sobreestima la deformación axial porque no considera la armadura en la rigidez de la barra como lo hace RFEM. La diferencia entre los resultados es de aproximadamente el 56%, lo que enfatiza la importancia de considerar la armadura en la estimación de la fluencia y en la rigidez elástica de los elementos.
| Tipo de análisis | ETABS | RFEM |
| Análisis elástico sin armadura | 3,03 mm | 3,03 mm |
| Análisis inelástico (fluencia + retracción) sin armadura | 16,74 mm | 6,74 mm |
| Análisis inelástico (fluencia + retracción) con armadura | 14,64 mm | 9,38 mm |
Anotaciones
Es posible encontrar un método aproximado en ETABS para considerar la armadura en la estimación de la rigidez axial de los elementos modificando los modificadores de rigidez. Aun así, no es tan práctico en comparación con RFEM, que ofrece un enfoque más preciso y directo.
Es posible considerar la rigidez axial de la armadura definiendo una sección compuesta equivalente en ETABS. Dado que la retracción y la fluencia no se tienen en cuenta durante el análisis, ETABS no puede considerar la deformación inelástica en ese caso.