Diferencias entre el análisis de deformaciones analítico y no lineal del hormigón armado

Artículo técnico

Existen diferentes métodos para calcular la deformación en el estado fisurado. RFEM proporciona un método analítico según UNE EN 1992-1-1 7.4.3 y un análisis físico no lineal. Ambos métodos tienen características diferentes y pueden ser más o menos adecuados según las circunstancias. Este artículo ofrece una vista general de los dos métodos de cálculo.

Método de cálculo analítico

RF-CONCRETE Deflect proporciona el método de cálculo analítico según UNE EN1992-1-1 [1] 7.4.3. Esto significa que la fisuración o contribución del hormigón en la zona de tracción se determina por medio del coeficiente de distribución ζ. El sistema estructural puede estar entre el estado I (sin fisurar, ζ = 0) y el estado II (fisurado, ζ = 1). En RF-CONCRETE Deflect, la rigidez media se determina finalmente con ζ. En base a estos valores, se vuelve a calcular la deformación. Sin embargo, debido al cambio de rigidez, no se realiza ningún cálculo nuevo de la distribución de esfuerzos internos. Por lo tanto, el método no es iterativo. Puede encontrar más información detallada sobre RF-CONCRETE Deflect en el Capítulo 2.7 del manual de RF-CONCRETE Surfaces [2].

Método de cálculo físico no lineal

RF-CONCRETE NL proporciona un método de cálculo físico no lineal. El cálculo se lleva a cabo iterativamente. Esto significa que la rigidez se determina basándose en la carga, que a su vez determina la distribución de esfuerzos internos. Este cálculo se ejecuta como un proceso iterativo. Las iteraciones se ejecutan hasta que se alcanza un criterio de convergencia. Este es el caso si el cambio de rigidez o el cambio de deformación en relación con el paso de iteración previo está por debajo del criterio de convergencia.

Internamente, cuando se usa el método de cálculo no lineal se representa el EF en capas, donde se asignan los materiales diferentes a las capas individuales (armadura y hormigón) y las capas de hormigón individuales pueden tener diferentes rigideces durante el cálculo (fisuramiento del hormigón).

Figura 01 - Modelo de capas en RF-CONCRETE NL

Puede encontrar información detallada sobre este tema en el manual RF-CONCRETE Surfaces [2] en el capítulo 2.8.

Comparación de las características de ambos métodos

Método de cálculo analítico | RF-CONCRETE Deflect:

  • Método de cálculo muy rápido, que también es adecuado para estructuras grandes.
  • Basado en el planteamiento teórico desde UNE EN 1992-1-1 [1] 7.4.3, sólo se debería de usar para componentes estructurales que están sujetos a flexión (placas).
  • La fluencia se aplica a la sección completa como una reducción del módulo elástico para el hormigón.
  • Debido a la retracción, se determina una deformación adicional, que se añade a las deformaciones.

Método de cálculo físico no lineal | RF-CONCRETE NL:

  • Método muy preciso y multiusos, que no se limita únicamente a componentes estructurales sometidos principalmente a flexión (por ejemplo, también se puede usar para vigas de gran canto).
  • La fluencia se aplica a la sección completa en la zona de compresión como una reducción del módulo elástico del hormigón.
  • La contracción se considera como una deformación interna en el lado de la carga como deformación, pero en este contexto también es posible el fallo debido a la deformación por contracción.
  • Este cálculo es mucho más complejo que el método analítico y, por lo tanto, es mucho más intensivo computacionalmente.

Áreas de aplicación de estos métodos

Hay cuatro criterios esenciales para decidir qué método se debería de usar para una situación en particular.

  1. Situación de carga

    Para estructuras donde los componentes estructurales individuales con diferentes situaciones de carga actúan juntos, se debería utilizar el método no lineal porque no está limitado a los componentes estructurales que están sujetos a flexión. Un ejemplo es el suelo sobre voladizo.

    Figura 02 - Estructura con suelo sobre voladizo

    Debido a la situación de carga, una estructura que tenga principalmente tensiones de muro también se debe analizar con el método físico no lineal de RF-CONCRETE NL. Un ejemplo para esto es una viga de gran canto.

    Figura 03 - Viga de gran canto

  2. Tamaño de la estructura

    Para estructuras grandes, se recomienda evitar el método físico no lineal, ya que requiere mucho tiempo de cálculo.

    Figura 04 - Estructura 3D con losas de forjado

  3. Precisión requerida

    Si se debe llevar a cabo el cálculo de la deformación según la norma UNE EN 1992-1-1 [1] 7.4.1 (4) para la apariencia visual, el método analítico más simple puede ser suficiente y no se debe elegir ningún método innecesariamente preciso para el cálculo.

    Si se debe realizar el cálculo de la deformación según UNE EN 1992-1-1 [1] 7.4.1 (5) para evitar daños en componentes estructurales adyacentes o si se deben dimensionar espaciadores, vale la pena examinar más detenidamente el propósito del cálculo. Bajo ciertas circunstancias, no sólo puede ser importante que el valor de la deformación determinada sea menor que el valor límite requerido, sino que también se determine la deformación con la mayor precisión posible.

  4. Consideración de efectos especiales

    La contracción es particularmente importante aquí. Mientras que en el método analítico en RF-CONCRETE Deflect se determina una curvatura adicional debido a la contracción, la contracción se puede considerar con mayor precisión cuando se usa el método físico no lineal. En RF-CONCRETE NL, se tiene en cuenta la contracción en el lado de la carga como elongación y puede dar lugar tanto a una curvatura adicional como a efectos adicionales debidos a la coacción en la estructura. Como resultado de los efectos de la coacción, la contracción puede a su vez provocar el fisuramiento del hormigón. En este contexto, es importante visualizar los apoyos con la mayor precisión posible, en especial los apoyos horizontales.

    Además, al utilizar el cálculo físico no lineal, es posible determinar un valor adicional para la dirección del ancho de fisura. Al aplicar capas al elemento, es posible determinar y visualizar la profundidad de fisuración.

Palabras clave

Deformación Estado II No lineal Placa Muro Viga de gran canto Fisuras Fisurado Estado fisurado Diferencias Contracción Fluencia

Referencia

[1]   Eurocódigo 2: Proyecto de estructuras de hormigón - Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificación; EN 1992-1-1:2011-01
[2]   Manual RF-CONCRETE Surfaces. (2017). Tiefenbach: Dlubal Software.

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