Versión 2014.g

Interacción de la estructura con los elementos constructivos. Generación automática de estados intermedios

El módulo de CYPECAD Interacción de la estructura con los elementos constructivos permite realizar un análisis dinámico de edificios sometidos a acciones sísmicas que incluye el efecto de los elementos constructivos no estructurales empleados en los cerramientos y particiones de un edificio y considera varios modelos de comportamiento del edificio correspondientes a diferentes situaciones o estados de dichos elementos.

Este módulo se implementó en la versión 2014.a y consideraba dos estados extremos: el Estado 1, correspondiente al comportamiento de la estructura sin la intervención de ningún elemento constructivo, y el Estado 2 que tiene en cuenta el efecto de todos los elementos constructivos confinados lateralmente mediante la inclusión de la rigidez de los mismos en el modelo dinámico considerando que son totalmente efectivos, es decir, que no han sufrido fisuración o rotura.

A partir de la versión 2014.g, el programa permite añadir al Estado 1 y 2 otros estados intermedios generados automáticamente en función de un criterio de rotura que relaciona el daño sufrido por un elemento con el desplazamiento relativo de sus extremos. Son estados intermedios, en los que cada elemento confinado lateralmente aporta un porcentaje de su rigidez en función del nivel de daño alcanzado por el mismo.

La generación automática de los estados intermedios parte del modelo en el cual se considera el efecto de todos los elementos constructivos totalmente efectivos (Estado 2). Un análisis modal espectral del modelo produce un desplazamiento relativo entre los extremos de cada elemento constructivo que, con la aplicación del criterio de rotura, se traduce en un determinado nivel de daño. El daño (o fisuración) sufrido por el elemento provoca una variación en su rigidez. Las nuevas rigideces calculadas para cada uno de los elementos constructivos se incluyen en un nuevo modelo dinámico sobre el que se realiza el siguiente análisis modal. Se vuelven a obtener nuevos desplazamientos relativos y cada elemento alcanza un nuevo nivel de daños, con la consiguiente variación de rigidez, generándose el siguiente modelo. Se procede de este modo de forma sucesiva para cada hipótesis de sismo considerada.

Este proceso iterativo se detiene cuando el nivel de daño se estabiliza en el paso de un estado al siguiente (lo cual se consigue cuando la diferencia entre el nivel de daño del último estado calculado y el anterior es menor del 5% en cada elemento) o bien, cuando se alcanza el número máximo de iteraciones establecido por el usuario. Este será el Estado final.

Puesto que la generación automática de estados intermedios puede multiplicar sustancialmente el número de hipótesis de sismo consideradas, CYPECAD permite configurar este proceso iterativo desde el diálogo Elementos constructivos (menú Obra > Datos generales > apartado Acciones > botón de la opción Elementos constructivos). En dicho diálogo debe estar activada la opción Interacción con la estructura (situada en la parte superior). Si es así, a continuación aparece la opción Obtener los estados de fisuración y rotura progresiva. Si dicha opción está desactivada, CYPECAD sólo genera los Estados 1 y 2, tal y como se hacía en la versión 2014.a. Si la opción Obtener los estados de fisuración y rotura progresiva se activa, aparecen las siguientes posibilidades:

• Considerar todos los estados intermedios de fisuración y rotura
  Esta opción hace que CYPECAD considere en el dimensionamiento de la estructura todos los estados generados: Estado 1, Estado 2 y Estados intermedios. Su activación puede aumentar el tiempo de cálculo sustancialmente, dependiendo de cuando se alcance el Estado final.
• Considerar sólo el estado final
  Todos los estados se calculan igualmente, pero CYPECAD sólo considera en el dimensionamiento de la estructura el Estado 1, el Estado 2 y el Estado final.
  

Bajo estas dos opciones el usuario establece un límite para el Número máximo de iteraciones. Este número determinará cuál es el estado final si dicho estado no se alcanza antes de la iteración aquí establecida.

Puesto que el cálculo de una estructura se repite varias veces, el considerar todos los estados intermedios de fisuración desde el primer cálculo puede dilatar el proceso de dimensionamiento de una estructura. Por tanto, sería lógico que en los primeros cálculos se activase la opción Considerar sólo el estado final y una vez que el usuario haya solucionado los problemas que impliquen aumento de dimensiones de los elementos estructurales (y el consiguiente recálculo posterior), debe considerar si activa la opción Considerar todos los estados intermedios de fisuración y rotura e incluso si aumenta el Número máximo de iteraciones.

Para ayudar a tomar esta decisión, a partir de la versión 2014.g se ha implementado la opción Nivel de daños (solapa Resultados > menú Cargas > opción Elementos constructivos) que permite consultar los desplazamientos relativos y el nivel de daño asociado, por estado generado y por hipótesis sísmica, de cada elemento constructivo. Esta información permite al usuario saber si la configuración que ha establecido del proceso iterativo es adecuada o debe cambiarla:

• Si en alguna hipótesis de sismo, el último estado de algún elemento constructivo difiere en más de un 5% del estado anterior, debería aumentar el Número máximo de iteraciones. De lo contrario, es suficiente.
• Si se ha activado la opción "Considerar sólo el estado final" y las diferencias de daños entre el estado final y los otros intermedios (X1, X2... o Y1, Y2...) es pequeña, no es necesario activar la opción "Considerar todos los estados intermedios de fisuración y rotura".

Esta revisión debe realizarse en todos los elementos constructivos de cada planta.

En el diálogo mencionado dispone de ayudas que explican con detalle las implicaciones de estas opciones.

La aproximación que realizaba la versión 2014.a (y que a partir de la versión 2014.g se puede seguir realizando si no se activa la opción Obtener los estados de fisuración y rotura progresiva) puede ser aceptable para los edificios con planta baja diáfana que, por regla general, poseen una irregularidad de rigidez que les hace más débiles en esa planta (edificios con planta baja destinada a usos comerciales, garajes...).

No obstante, y puesto que no podemos generalizar para todos estos casos, recomendamos que se utilice la versión 2014.g y que se realice algún cálculo con la consideración de estados intermedios de rotura o fisuración.

Tenga en cuenta que un usuario de cualquier versión 2014 puede actualizarse gratuitamente a la última versión 2014. Por tanto, recomendamos a estos usuarios, en especial a aquellos que dispongan en su licencia del módulo "Interacción de la estructura con los elementos constructivos", que se actualicen a la última versión 2014. De este modo, dispondrán de la generación automática de los estados intermedios que se ha mencionado .

Recuerde que los cerramientos y particiones de los edificios son considerados elementos ‘no estructurales’, sin embargo, durante un sismo, aportan rigidez a la estructura, modificando la distribución y magnitud de los esfuerzos provocados por la acción sísmica. Si los elementos estructurales no están convenientemente diseñados para dicha distribución, los esfuerzos pueden provocar su rotura frágil, lo que haría peligrar la estabilidad del edificio pudiendo llevarlo incluso al colapso. El módulo Interacción de la estructura con los elementos constructivos permite considerar el efecto que provocan los elementos no estructurales durante un sismo y a partir de la versión 2014.g la generación automática de estados de rotura y fisuración intermedios. En la página "Interacción de la estructura con los elementos constructivos" dispone de más información sobre esta novedosa herramienta de CYPECAD, única en el mercado .