Exportación de la rigidez elástica de RF-/FOUNDATION Pro e influencia en el cálculo del pilar

Artículo técnico

Con RF-FOUNDATION Pro, es posible determinar los asientos de los cimientos individuales y las rigideces elásticas resultantes de los apoyos en nudo. Estas rigideces elásticas se pueden exportar al modelo de RFEM y se pueden utilizar para análisis posteriores.

El siguiente artículo describe las entradas necesarias. Además, se mostrarán los efectos de esta exportación en futuros cálculos (por ejemplo, el análisis de estabilidad de pilares de hormigón armado).

Sistema estructural en consideración

Para este artículo se considera el sistema estructural de los pilares de hormigón armado que se muestra en la figura 01.
Es un sistema que consta de cuatro vigas en voladizo, que están fijadas rígidamente en sus zapatas sobre el eje X e Y. Las cuatro vigas en voladizo están conectadas entre sí por medio de vigas articuladas (vigas con articulaciones en barra). En los puntos de acoplamiento, el sistema estructural está apoyado mediante un apoyo puntual en la dirección global Y, porque en este ejemplo sólo se analiza el pandeo en la dirección global X. Las secciones individuales se pueden encontrar en el archivo disponible para descarga al final de este artículo.

Figura 01 - Sistema de pilares de hormigón reforzado estructural con barras de acoplamiento

Combinatorias de carga y carga

Se consideran cuatro casos de carga:
Caso de carga 1 = peso propio
Caso de carga 2 = viento en + X
Caso de carga 3 = nieve
Caso de carga 4 = imperfección en + X

En RFEM, se pueden crear automáticamente las combinaciones de cargas según UNE-EN 1990 para el estado límite último de las situaciones de proyecto, el estado límite de servicio y el estado límite de equilibrio. Para este ejemplo, las combinaciones de carga son necesarias porque se debe realizar un cálculo según el análisis de segundo orden teniendo en cuenta las rigideces eficaces en el estado II de los pilares de hormigón armado. Para el cálculo del estado límite de servicio de las combinaciones de carga se desactivan los efectos del análisis de segundo orden y las imperfecciones.

Figura 02 - Combinaciones de carga generadas para el cálculo

La carga aplicada en los casos de carga individuales se puede ver en el archivo de modelo más abajo.

Cálculo de pilares de hormigón armado

En un primer paso, se calculan los esfuerzos internos de las combinaciones de carga individuales (determinación elástico-lineal de esfuerzos internos). Posteriormente se aplican para el cálculo en RF-CONCRETE Members. En el módulo adicional RF-CONCRETE Members, se crea un caso de cálculo donde se dimensionan los pilares de hormigón armado. Para el cálculo en el estado límite último, aquí se selecciona la opción "Cálculo no lineal (estado II)".

Figura 03 - Opción "Cálculo no lineal" en "1.1 Datos generales" de RF-CONCRETE Members

En la configuración para el cálculo no lineal, se selecciona la opción "Método general de cálculo para elementos en compresión axial de acuerdo con la teoría de segundo orden (EN 1992-1-1, apdo. 5.8.6)".

Figura 04 - Configuración para el cálculo no lineal

Con la configuración mencionada anteriormente, RF-CONCRETE Members primero calcula una armadura requerida estáticamente del cálculo de la sección con los esfuerzos internos de las COs (cálculo elástico lineal). Finalmente, se crea una armadura propuesta a partir de la armadura requerida y las especificaciones del usuario para una armadura básica o mínima, que luego se usa para el cálculo no lineal.

En este ejemplo, los pilares con una armadura de 4 Ø 20 se refuerzan en cada lado de la sección.

Figura 05 - Definición de la armadura básica existente

La armadura existente propuesta se usa para el cálculo no lineal. RF-CONCRETE Members ahora calcula la gamma de seguridad existente en el estado II y proporciona alternativamente una relación eficaz 1/gamma de las barras.

Figura 07 - Dimensiones preestablecidas de las losas de cimentación

Tenga en cuenta que los resultados de este cálculo no lineal se han determinado sobre la base de la armadura existente. Sin embargo, a partir de la relación de tensiones mostrada y la armadura longitudinal existente, no es posible concluir que la relación de tensiones sea mayor y que se reduzca simultáneamente el número de barras longitudinales. Si se ajusta el número, posición o sección de la armadura longitudinal, es esencial volver a calcular el cálculo no lineal.

Cálculo de las losas de cimentación

Ahora, las losas de cimentación están calculadas para las vigas en voladizo rígidas. Aquí se usa el módulo adicional RF-FOUNDATION Pro. Se diseñan las losas de cimentación con las siguientes dimensiones:

  • Longitud = 1,75 m
  • Anchura = 1,75 m
  • Altura = 0,50 m

Figura 07 - Dimensiones preestablecidas de las losas de cimentación

La resistencia al aplastamiento se determina según DIN EN 1997-1, anejo D. Una mezcla de grava-arena-cieno es la base para determinar la resistencia al aplastamiento predeterminada en los parámetros para el perfil de suelo en RF-FOUNDATION Pro por defecto.

La determinación de la resistencia al aplastamiento en RF-FOUNDATION Pro se describe en este artículo técnico.

Para determinar la rigidez elástica de las placas de base en RF-FOUNDATION Pro, primero hay que activar el cálculo del asiento en la configuración [Detalles]. En la configuración detallada para el cálculo del asiento, puede usar la opción de cálculo para una losa de cimentación elástica o sólida. Para determinar las rigideces elásticas y exportarlas al modelo de RFEM, seleccione el cálculo como una losa de cimentación maciza.

Figura 08 - Configuración para el cálculo del asiento

Al activar el cálculo del asiento, está disponible la pestaña "Asiento" la tabla "1.4 Cargas". Además de las combinaciones de carga (COs) generadas para los estados límite STR, GEO y EQU, se debe definir la carga para la cual se deben determinar los asientos en la tabla "1.4 Cargas", en la pestaña "Asiento". En este caso, las COs se toman de la situación de proyecto característica. En consecuencia, el programa también requiere un esfuerzo horizontal o un momento en el apoyo para determinar la rotación o la rigidez a torsión de la cimentación. Esto se debe considerar cuando se seleccionan las COs relevantes para el cálculo.

Figura 09 - Combinaciones de carga aplicadas para el cálculo del asiento

Después del cálculo, se pueden encontrar los resultados del cálculo del asiento en la tabla de resultados "2.2 Criterio de cálculo determinante", además de todos los demás cálculos (estado límite de equilibrio, fallo del terreno, cargas con grandes excentricidades, fallo por flexión de la losa, etc.). En las tablas de detalles, ahora es posible observar la rigidez elástica en la dirección z, así como los factores de compresión rotacional C φ, x, y C φ, y para cada nudo y para cada combinación de carga calculada.

Figura 10 - Detalles de los resultados del cálculo del asiento

La figura 10 muestra que no se pudo determinar la constante elástica Cφ, x. Esto se debe a que, en el ejemplo aquí considerado, no se calcula rotación en el eje X (estructura aporticada 2D, sólo momentos sobre el eje Y).

Las constantes del muelle del apoyo, ahora disponibles del cálculo de asentamiento, se pueden exportar a RF-FOUNDATION Pro utilizando el menú "Archivo".

Figura 11 - Menú para la exportación de constante del muelle del apoyo desde RF-FOUNDATION Pro

Después de que se hayan exportado las rigideces elásticas, hay nuevos apoyos en los nudos en RFEM que contienen estas rigideces elásticas. Al aplicar los nuevos apoyos en nudo, se eliminan los resultados de RFEM y los módulos adicionales RF-CONCRETE y RF-FOUNDATION Pro.

Reiniciar el cálculo del hormigón armado con constantes del muelle desde RF-FOUNDATION Pro

Como los resultados se han eliminado al exportar las rigideces elásticas, se debe reiniciar el cálculo de los resultados en RF-CONCRETE Members. Las entradas en el módulo adicional (armadura para malla, etc.) permanecen inicialmente inalteradas, como se describe anteriormente.

Un nuevo cálculo no lineal de las columnas da como resultado una relación > 1,00 con la armadura proporcionada previamente establecida (4 Ø 20 en cada lado). La diferencia en la relación de tensiones modificada de los pilares de hormigón armado resulta de la rigidez elástica exportada desde RF-FOUNDATION Pro en el modelo de RFEM, y el efecto de redistribución del cálculo no lineal.

Figura 12 - Relación modificada de las columnas de hormigón armado debido a las rigideces del muelle exportadas

En el siguiente paso, se puede seleccionar un nuevo grupo de armaduras para aquellas barras en RF-CONCRETE Barras que tengan una relación de tensiones > 1,00 y el número o diámetro de la armadura longitudinal se incrementa, por ejemplo, en este grupo de armaduras.

Como alternativa, también puede aumentar el número de barras longitudinales para todas los pilares por n = 1. Esto daría como resultado la siguiente relación en el ejemplo actual.

Figura 13 - Relación modificada de los pilares de hormigón armado debido al aumento de la armadura longitudinal

Exportación de la rigidez de los pilares en el estado II

Además, también es posible exportar la rigidez en el estado II desde el cálculo de pilares en RF-CONCRETE Members al modelo de RFEM. De este modo, también es posible usar la rigidez del estado II del cálculo del hormigón reforzado y la rigidez elástica del cálculo de cimentación para una determinación adicional de esfuerzos internos y resultados de cálculo.

El ejemplo actual no describe la exportación de rigideces en el estado II. Puede encontrar más información en esteartículo de la base de datos de conocimientos.

Resumen

Como se puede ver en este ejemplo, exportar las rigideces elásticas de un cálculo del asiento en RF-FOUNDATION Pro puede tener una influencia significativa en cálculos futuros. Por lo tanto, se recomienda considerar la aplicación de las rigideces realistas para apoyos en nudo en lugar de usar un apoyo rígido.

Al utilizar RFEM, el ingeniero/a estructural tiene la posibilidad de comprobar fácilmente estas influencias y analizarlas en un archivo de modelo.

Nota: este artículo se escribió para su análisis en RFEM 5. La opción para exportar las constantes elásticas de FOUNDATION Pro también está disponible en RSTAB 8. El método descrito aquí se puede llevar a cabo de la misma forma en RSTAB 8.

Palabras clave

Exportación Rigidez Cimentación Estado II

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