Diseñe muros de transferencia subterráneos fácilmente utilizando el enlace BIM de ETABS

El edificio está ubicado directamente sobre una estructura subterránea. Como resultado, algunos pilotes que normalmente se instalarían bajo las columnas no pueden construirse. Para solucionar esto, los ingenieros propusieron el uso de muros de transferencia para soportar las columnas afectadas.

Sin embargo, el diseño de los muros de transferencia es intrínsecamente complejo, especialmente cuando hay aberturas presentes. Además, para las estructuras subterráneas, las consideraciones del estado límite de servicio (ELS), como el control del ancho de fisura, son más críticas, ya que estas estructuras están en contacto con el suelo y, por tanto, son más susceptibles a problemas de durabilidad, incluida la corrosión. Los métodos de diseño bien establecidos, como el método de biela-y-tirante, abordan principalmente los requisitos del estado límite último (ELU), pero no cubren adecuadamente el comportamiento en ELS.

Diseño del muro de transferencia

El diseño de muros de transferencia es un tema complejo porque a menudo se comporta como regiones D, donde la hipótesis de sección plana no es válida, por lo que no se pueden utilizar las fórmulas empíricas habituales de los códigos de diseño. Esto significa que la función de diseño del software global de MEF, que frecuentemente utiliza una hipótesis de diseño de viga o columna, no es adecuada para este problema.

En el muro mostrado anteriormente, los ingenieros tienen dos opciones para diseñar el muro. Una es utilizar biela-y-tirante; aunque es un método adecuado y válido, implica mucho trabajo manual y prueba y error, lo que puede resultar costoso en tiempo. La segunda es utilizar una aproximación en el software global de MEF evaluando las tensiones principales de tracción para determinar los requisitos de armadura y verificando que las tensiones principales de compresión se mantengan por debajo de la resistencia de cálculo del hormigón.

La segunda opción parece una elección más práctica y eficiente en tiempo, pero encierra un peligro oculto.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail utiliza el CSFM (Método del Campo de Tensiones Compatible), que puede manejar con precisión tanto las regiones B como las regiones D. Detail también incorpora los efectos de ablandamiento a compresión en su análisis mediante el factor kc2, por lo que proporciona una evaluación más realista y segura de la capacidad de la biela comprimida de hormigón.

IDEA StatiCa 25.1 ofrece la importación de elementos de muro desde ETABS a IDEA StatiCa Detail. Mediante este enlace BIM, los ingenieros pueden importar fácilmente muros desde ETABS para un análisis más exhaustivo en IDEA StatiCa Detail.

A continuación se muestra el mismo muro importado desde ETABS y analizado en IDEA StatiCa Detail. Puede verse en la esquina superior izquierda que, con la armadura básica proporcionada, el análisis ELU muestra fallo incluso si las tensiones de compresión son similares (alrededor de 17 MPa). ¿Por qué?

Este fallo en ELU está causado por la consideración del efecto de ablandamiento a compresión mediante el factor kc2, que reduce la capacidad del hormigón en un factor de 0,87. Por tanto, la capacidad del hormigón es ahora σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. Por eso, con 17 MPa de tensión de compresión, la utilización (σc/σc,lim) se muestra como 99,5%. Entonces, ¿qué es este efecto de ablandamiento a compresión?

Ablandamiento a compresión

Cuando el hormigón se somete a una compresión intensa, frecuentemente experimenta deformaciones de tracción en la dirección perpendicular, lo que se denomina tracción transversal. Cuando esto ocurre, comienzan a formarse pequeñas fisuras y el hormigón queda menos confinado y más débil a compresión. Este efecto, conocido como ablandamiento a compresión, significa que el hormigón fisurado no puede soportar tanta fuerza de compresión como el hormigón sin fisurar. En el código de diseño, este efecto se considera al diseñar, por ejemplo, una viga de gran canto. En las bielas comprimidas y nodos de vigas de gran canto, se utiliza un factor k en el Eurocódigo (o β en ACI) con diferentes valores, según la situación, para reducir la capacidad máxima de compresión del hormigón debido al efecto de ablandamiento a compresión. Al utilizar IDEA StatiCa Detail, este factor de reducción kc2 se calcula automáticamente en función de las condiciones reales de tensión.

La solución

La solución consiste en añadir armadura adicional para aliviar parte de la tensión de compresión del hormigón. De este modo, el muro de transferencia puede superar la verificación normativa tal como se muestra a continuación. El requisito de añadir armadura de compresión adicional podría pasarse por alto si los ingenieros no utilizaran IDEA StatiCa Detail.

Si no lo ha observado, en la esquina superior izquierda, el resultado de ELS, que incluye la limitación de tensiones, la deformación (con efecto a largo plazo) y el ancho de fisura, también se considera dentro de IDEA StatiCa Detail. El resultado de ELS es algo que los otros dos enfoques descritos anteriormente no pueden producir. 

Así, utilizando IDEA StatiCa Detail, los ingenieros pueden estar plenamente informados sobre el comportamiento de su muro de transferencia, no solo en ELU, sino también en ELS.

Informe

Una vez finalizado el diseño, los ingenieros pueden generar un informe completo que muestre todos los resultados del análisis para su presentación. Además, también se puede generar el listado de materiales de las armaduras con fines de fabricación.

Conclusión

El diseño de muros de transferencia exige una atención cuidadosa a las complejas interacciones de tensiones que se producen en las regiones D. Los enfoques simplificados o el uso directo de los resultados del software global de MEF pueden pasar por alto efectos importantes como el ablandamiento a compresión, lo que lleva a una sobreestimación de la capacidad del hormigón. Mediante el uso de IDEA StatiCa Detail y su análisis basado en CSFM, los ingenieros pueden tener en cuenta estos comportamientos no lineales con precisión, garantizando que tanto los requisitos de ELU como los de ELS se verifiquen correctamente.

Recursos

• Tutorial para el enlace BIM de ETABS a Detail