Logra lo imposible, específicamente en el diseño de anclajes

Se podría decir: "Simplemente diseña lo que la norma nos permite explícitamente". Pero hagamos una comprobación de la realidad: así no es como funciona, ya sea por los espacios reducidos o por los requisitos técnicos y arquitectónicos. Y así, el anclaje que podría considerarse "al límite" (figurativamente) – o mejor dicho, tipos específicos de anclaje – se puede ver a nuestro alrededor. Muchos casos están precisamente calculados y verificados con métodos más avanzados (aunque puede haber llevado un tiempo excesivamente largo). Sin embargo, muchos casos probablemente no han sido evaluados tan exhaustivamente como merecen. 

IDEA StatiCa lleva algún tiempo cambiando e impulsando el diseño de uniones de acero, elementos de acero y hormigón, y detalles de hormigón. No se trata de simplificar el flujo de trabajo mediante el cálculo informatizado, sino principalmente de los métodos innovadores que nos permiten diseñar lo que antes era impensable. Nuestro último logro, el lanzamiento de IDEA StatiCa Detail para 3D, amplía de nuevo las posibilidades de diseño más allá de lo anterior.

Tanto si perteneces al grupo que lucha con los diseños de anclajes durante días como si te basas únicamente en la experiencia pero luego no duermes tranquilo, sigue leyendo.

Puertas a nuevas posibilidades

Si estás involucrado en el anclaje de estructuras, probablemente puedas pensar en varios casos que te han dado problemas. Aquí hay algunos ejemplos que hemos identificado recientemente como muy difíciles de diseñar utilizando únicamente prácticas estándar. Pero, con la ayuda de nuestras herramientas IDEA StatiCa Connection y Detail, está siendo posible diseñar en un tiempo razonablemente corto.

Figura 1: Anclaje múltiple en un bloque de hormigón

• Anclaje cerca del borde – El anclaje próximo al borde es casi imposible de diseñar sin armadura debido a la forma en que falla el hormigón (fallo por cono y otros). Evaluar el anclaje en hormigón armado ya es laborioso por sí solo – consulta este artículo para más detalles: Ya no tienes que luchar con el diseño de anclajes. Sin embargo, Detail (modo 3D) está específicamente diseñado para estos casos – hormigón armado. Al añadir armadura, podemos prevenir modos de fallo que de otro modo ocurrirían en hormigón en masa. Al mismo tiempo, el uso de un método avanzado de Elementos Finitos (CSFM 3D) e implementarlo en Detail hace que una tarea muy compleja sea relativamente sencilla.

Figura 2: Ejemplos de anclaje cerca de un borde en Connection (incluyendo elementos de acero) y en Detail (incluyendo armadura)

• Anclaje múltiple próximo entre sí – El problema que tenemos con el anclaje próximo es que los conos interactúan entre sí. Ninguna guía puede aconsejarnos directamente sobre cómo evaluar estos casos. En la literatura de uso común, ya sea EN o la guía fib, encontramos más o menos solo condiciones y limitaciones que podemos considerar de forma conservadora. Simplemente nos aconsejan usar distancias que nos permitan evaluar los conos individualmente. Pero en cuanto no cumplimos estas condiciones, estamos perdidos. Sin embargo, en Detail, al disponer de un método avanzado basado en Elementos Finitos, podemos analizar el comportamiento complejo.

Figura 3: Anclaje múltiple en un muro

• Anclaje múltiple en general (apoyo de puente sobre una cimentación común) – Una situación típica causada por la carga de viento, donde una columna de un apoyo de celosía está cargada por tracción y la otra por compresión. Existe una interacción mutua entre el cono de hormigón del grupo de anclajes en tracción y la carga de compresión de la otra columna. Para tal caso, el Eurocódigo no ofrece una solución analítica satisfactoria, no solo porque es inherentemente necesario armar la cimentación de hormigón, por lo que se debe utilizar un análisis más avanzado como Detail y su CSFM 3D.

Figura 4: Anclaje de un puente de tuberías, diseñado por FEVIA s.r.o

• Consideración de la armadura existente en renovaciones – Cualquier renovación o ampliación puede ser otro ejemplo interesante del uso del anclaje en Detail, ya que, idealmente, se incluye la armadura existente. 

Problemas que surgen

En resumen:

El Eurocódigo especifica modos de fallo tanto a tracción como a cortante para los anclajes y el hormigón:

Figura 5: Esquema de modos de fallo – Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

La EN 1992-4 está específicamente dedicada a la evaluación detallada del hormigón en masa. La mayoría de estos fallos del hormigón pueden prevenirse añadiendo armadura, lo cual es incluso necesario en algunos casos (véanse los ejemplos anteriores). Sin embargo, la norma ya no nos da una orientación clara sobre cómo abordar esto.

Otro problema surge cuando los conos de hormigón interactúan entre sí – el Eurocódigo y otra literatura (fib bulletin 58) solo dan condiciones para cuándo y cómo estos conos pueden verificarse por separado.

Figura 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011), chap. 1.2

Conocemos los problemas que pueden surgir durante el diseño, pero ¿qué hacer al respecto? ¿Rendirse o...

...encontrar una solución.

La solución 

Detail puede resolver los casos anteriores de manera muy eficiente. Permite la evaluación de la influencia de la armadura en la capacidad de carga y también permite la evaluación de los casos no cubiertos por la norma. En combinación con Connection, es posible obtener verificaciones normativas completas para todos los tipos de fallos. 

Ya se ha escrito mucho sobre ambas aplicaciones, pero sin duda no está de más añadir una breve comparación y algunos recursos para una comprensión más profunda de los métodos:

• IDEA StatiCa Connection – centrado en la evaluación de uniones de acero, incluido el anclaje en hormigón. Los anclajes se evalúan según fórmulas empíricas de acuerdo con la norma. El bloque de hormigón se modela utilizando el esquema "Winkler", por lo que la evaluación posible es solo para hormigón en masa.
• IDEA StatiCa Detail – El modelo en Detail es de elementos finitos, incluyendo la armadura. Debido a la suposición básica de que toda la tracción es transferida por la armadura (en el hormigón, la tracción se desprecia), la solución solo es adecuada para hormigón armado. Usando CSFM 3D, obtenemos las tensiones del hormigón y de la armadura/anclajes, que se evalúan con valores límite del Eurocódigo. Además, obtenemos una idea realista del comportamiento de la estructura, como flujos de tensiones y deformaciones. El método CSFM 3D incluye los efectos del estado tensional triaxial. 

Figura 4: Comparación entre Connection y Detail (entrada y modelos)

Como se ha dicho, se necesita una combinación de ambos para una evaluación completa. Para un trabajo eficiente, se habilita una importación desde Connection a Detail, incluyendo parámetros y cargas adicionales. 

Para comprender el método, puedes acceder a los Fundamentos Teóricos. Para conocer las funcionalidades, ve a las Notas de la versión. 

¿Qué vas a hacer?

Detail 3D (con CSFM) representa un paso significativo hacia adelante, permitiendo el diseño de casos más complejos con confianza. Aunque algunos puedan sentirse aprensivos ante esta progresión, las tecnologías a nuestra disposición nos permiten lograr más que nunca – entonces, ¿por qué no aprovechar su potencial? El progreso es tanto natural como inevitable.

En IDEA StatiCa, vemos el anclaje como solo el comienzo. Es el primer caso que hemos verificado completamente, y estamos comprometidos a ampliar nuestro enfoque a otros desafíos en el futuro.

La pregunta es: ¿Te adaptarás a estos avances, o resistirás el cambio?