Zonas singulares en el diseño de superficies de hormigón armado

Artículo técnico

Las zonas singulares ocurren en un área limitada debido a la concentración de valores de resultados dependientes de la tensión. Éstos están condicionados por la metodología del método de los elementos finitos. En teoría, la rigidez y/o la tensión en tamaño infinito se concentran sobre una zona pequeña infinitesimal.

En realidad, las zonas singulares o las concentraciones de tensiones resultantes no ocurren hasta el punto en el que aparecen en el modelo. Básicamente, no es razonable una evaluación de resultados en las zonas singulares. Sin embargo, es muy razonable examinar y cuestionar las zonas singulares ya que pueden indicar problemas en el modelo real. Un ejemplo práctico en el diseño de hormigón sería el análisis de un riesgo de punzonamiento en el área de posiciones singulares.

En el caso del diseño de hormigón en RFEM y RF-CONCRETE, las zonas singulares causan con frecuencia el fallo en el cálculo.

¿Dónde pueden ocurrir las zonas singulares?

  • En apoyos en forma de puntos o en la introducción de carga
  • En esquinas entrantes o esquinas de huecos
  • En saltos de rigidez (salto en espesor de placa, por ejemplo)
  • En el inicio y fin de nervios
  • En el inicio y fin de soportes de lineas o muros

Detección de zonas singulares

Las zonas singulares se pueden identificar en el análisis por elementos finitos mediante el refinado de la malla de elementos finitos en la posición correspondiente del modelo. Si el valor resultante dependiente de la tensión se incrementa en la zona considerada, pero la zona respectiva se reduce, es muy probable que haya una posición singular.

Prevención de zonas singulares

En RFEM y en el diseño de hormigón armado con RF-CONCRETE, las zonas singulares y el fallo de cálculo acompañante pueden prevenirse de varias maneras.

Región media
En RFEM, están disponibles las regiones medias, las cuales pueden ser usadas para suavizar los valores de los resultados máximos o establecerlos a cero. Una región media se puede crear haciendo clic en la opción correspondiente bajo "Resultados" en la barra de menú. Al calcular la media, se debe determinar la región básica. Por ejemplo, mediante el uso de la opción "Establecer esfuerzos internos a cero", la sección de un pilar conectado se puede utilizar como la zona (ver Figura 01).

Superficie integrada
Como una alternativa a la región media con las dimensiones de las secciones del pilar, es posible modelar superficies e integrarlas en las superficies existentes. Estas superficie están excluidas entonces del cálculo en RF-CONCRETE Surfaces (ver Figura 01).

Figura 01 - Muestra ejemplar de una zona singular y medidas

La opción de utilizar los esfuerzos internos medios o los esfuerzos internos establecidos a cero debe activarse en los Detalles del módulo RF-CONCRETE Surfaces (ver Figura 02).

Figura 02 - Activación de los esfuerzos internos medios en RF-CONCRETE Surfaces

Ambos métodos (la región media y la superficie integrada) se pueden utilizar tanto para los pilares como para las esquinas entrantes. En general, las regiones medias son suficientes. Sin embargo, éstas no tienen el efecto deseado para un cálculo no lineal ya que los esfuerzos internos se pueden reorganizar durante el cálculo y pueden surgir nuevos efectos de zonas singulares.

Método de cálculo para muros
Al diseñar muros, es posible que surgan zonas singulares debido a esfuerzos axiles altos, por ejemplo, debido a apoyos singulares. Además, el método de cálculo puede tener un impacto importante en los efectos de la zona singular o el fallo de cálculo. Por tanto, se recomienda desactivar la optimización del cálculo de los esfuerzos internos en RF-CONCRETE Surfaces en el caso de muros (ver Figura 03).

Figura 03 - Método de cálculo en RF-CONCRETE Surfaces

Introducción de cargas distribuidas
Para evitar los efectos de las zonas singulares, las cargas puntuales o lineales pueden convertirse en cargas superficiales. Esta opción puede encontrarse en el menú contextual, por ejemplo (ver Figura 04).

Figura 04 - Convertir carga en nudo en carga superficial

Redondeo de esquinas entrantes
En el caso de esquinas entrantes y esquinas en huecos, es posible redondearlas usando la función "Empalmar o achaflanar" en caso necesario. Esta función se puede seleccionar en la barra del menú en "Herramientas". Sin embargo, el uso de regiones medias puede prevenir suficientemente muchos efectos de zonas singulares.

Apoyos
La prevención de zonas singulares en apoyos en nudos o en línea se explica en este artículo.

Referencia

[1]   Rombach, G. (2000). Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn.

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