¿Por qué utilizar modelos en 3D en el diseño de estructuras?

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando de Dlubal Software

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Las estructuras tienen normalmente una forma tridimensional. Sin embargo, como en el pasado no era posible realizar cálculos fácilente en modelos tridimensionales, las estructuras se simplificaban y se dividían en subsistemas planos. Con el aumento del rendimiento de las computadoras y el software relacionado, ahora a menudo es posible realizar análisis sin estas simplificaciones.

Las tendencias digitales, como el Modelado de información de la construcción (BIM) o las nuevas opciones para crear modelos visualizados de forma realista, refuerzan esta tendencia. ¿Pero es realmente una ventaja usar modelos en 3D o simplemente seguimos una tendencia? Proporcionamos los siguientes argumentos para trabajar con modelos en 3D.

Concepto estructural y estabilidad

Al iniciar un proyecto de construcción, debe considerar cómo debería funcionar una estructura. Surgen preguntas como la distancia máxima posible para pilares y vigas, la posición de los arriostramientos de techos y muros, la ejecución de los cimientos. Tiene que crear la estructura de soporte del edificio.

Incluso para edificios que parecen tener una estructura simple, pueden surgir preguntas si no necesita elementos de refuerzo o cómo puede organizarlos de una manera óptima. El trabajo en el plano, la vista y la sección del piso realmente no simplifica la comprensión de la transferencia de carga y las rutas de carga. Finalmente, un modelo 3D ayuda a tener una mejor idea de dónde están las fuerzas y dónde se transfieren a las cimentaciones. Por lo tanto, la comprensión de la función de la estructura es la base para una planificación eficiente de toda la estructura. La detección de déficits de estabilidad es adicionalmente relevante por razones de seguridad.

En un modelo 2D plano y simplificado, los problemas de estabilidad como el pandeo desde el plano o el vuelco simple se excluyen por definición. Dichos problemas no se producen durante el cálculo y, por lo tanto, se pueden pasar por alto. En el caso de cálculos tridimensionales, el ingeniero estructural se ve obligado a considerar los mecanismos de fallo espacial. Por lo tanto, los errores en el diseño estructural se revelan inevitablemente durante el cálculo en la mayoría de los casos.

En un modelo 3D, puede evaluar mejor una falla de estabilidad global en todo el modelo.

El modelado de información de construcción proporciona modelos 3D

El uso de métodos de planificación modernos como el modelado de información de construcción se basa en modelos 3D. Estas también son la base del análisis y diseño estructural y pueden proporcionar modelos de entrada bien idealizados para el cálculo. Por lo tanto, el modelo 3D para el análisis y diseño estructural ya está incluido en el caso ideal y puede ahorrar tiempo.

Para muchos casos de un diseño preliminar o evaluación estructural simple para encontrar la estructura correcta, esta puede ser una forma muy rápida y útil. Otra tendencia es hacia una planificación del diseño totalmente paramétrica, donde el análisis estructural está completamente acoplado con el software arquitectónico. Al modificar específicamente los parámetros, puede comprobar y calcular automáticamente muchas opciones.

2D no es suficiente para todas las estructuras y tipos de edificios

Si el edificio no se puede dividir fácilmente en subestructuras donde la transferencia de carga sea clara, a menudo no hay otra forma que usar un modelo 3D. No todos los edificios siguen una rejilla regular. Esto hace que la transferencia de carga sea complicada y difícil de controlar. Dado que hay incertidumbres, trabajamos con supuestos de carga máxima para estar seguros. Sin embargo, esto conduce a resultados poco económicos.

La simulación de acciones en todo el modelo a menudo es más clara y fácil

Los programas de cálculo 3D pueden generar cargas automáticamente para acciones como el peso propio, viento o nieve para formas de edificios normalizadas. El requisito previo es que conozca las dimensiones del edificio. Si usa modelos completos, puede derivar estas dimensiones fácilmente del modelo. Puede aplicar perfiles de carga de viento y nieve automáticamente a la estructura. Al cambiar la geometría, las cargas cambian automáticamente. Las simulaciones en un túnel de viento digital solo son posibles con modelos 3D.

El análisis dinámico de modelos 2D a menudo es insuficiente

Al realizar cálculos sísmicos u otros análisis dinámicos, se producen formas de modos espaciales que ha tenido en cuenta.

Del mismo modo, debe superponer las excitaciones sísmicas en la dirección x e y en consecuencia. Las cargas de torsión accidentales juegan un papel importante. Por lo tanto, solo puede evitar el uso de modelos 3D en los casos más simples.

Flexibilidad para cambios

El proceso de planificación está marcado por cambios. Para el proceso de construcción, es importante que siempre sepas lo que es posible en el análisis y diseño estructural y lo que tienes que cambiar. En un análisis estructural tradicional, esto puede significar que se deben considerar todos los supuestos de carga.

En el caso de un modelo estructural en 3D completo, las fuerzas cambiantes se incluyen automáticamente en el sistema y se transfieren de un componente a otro. Al realizar un nuevo cálculo, se actualizan todos los diseños. El esfuerzo de entrada inicialmente posiblemente más alto generalmente se compensa.

Condiciones de soporte cuando se crean modelos parciales problemáticos

Al extraer modelos parciales del modelo general, debe asignar definiciones de apoyo a los puntos de conexión del modelo parcial. Dado que la rigidez en estos puntos de conexión no se conoce en la mayoría de los casos o solo se puede determinar con dificultad, se utilizan apoyos articulados o rígidos para la simplificación. Estas suposiciones son solo parcialmente correctas e inevitablemente conducen a resultados diferentes en comparación con los modelos que obtienen la rigidez en estos puntos de conexión del modelo general.

El análisis estructural detallado sólo es útil como modelo 3D

El uso de modelos de coraza 3D, por ejemplo en el diseño de conexiones de acero, es lo último en tecnología. Sin una solución 3D, tales análisis no serían posibles. En estos casos de aplicación, el uso de modelos 3D no se cuestiona en absoluto, sino que se requiere. Por lo tanto, no es comprensible por qué no se deben usar los cálculos 3D para el cálculo de edificios completos.

Efectos secundarios 3D del mundo

En muchos casos, un modelo de cálculo 3D ilustra el resultado mucho más claramente que varios modelos parciales más pequeños. Puede comprender mejor el comportamiento estructural, por ejemplo, con representaciones visualizadas de deformaciones, tensiones y fuerzas.

Estos modelos también proporcionan una impresión profesional a las partes involucradas y también aseguran una buena reputación del ingeniero estructural. También puede usar estos modelos para determinaciones de masas iniciales y estimaciones de costes. Debido a la flexibilidad mencionada, puede optimizar la forma, la función y el peso.

Conclusión

Hay muchas razones por las que recomendamos utilizar modelos 3D en el análisis y diseño estructural. Sin embargo, 2D y 3D no compiten entre sí, sino que se complementan entre sí. Por supuesto, también hay casos simples en los que un modelo 3D no tiene ventajas y determina los resultados correctos. En ambos casos, es el ingeniero el que decide qué modelado elige.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Walter Rustler, M.Eng.

Dipl.-Ing. (FH) Walter Rustler, M.Eng.

Director de ventas y atención al cliente

El Sr. Rustler es el representante de Dlubal Software GmbH y el director de ventas y marketing. Además, participa en el desarrollo de productos.

Palabras clave

Modelo en 3D Modelo en 2D BIM Modelado de información de la construcción Modelo de análisis Modelo estructural

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  • Actualizado 19. abril 2021

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