Rótulas plásticas a axil
El programa amplía sus capacidades de análisis no lineal incorporando la definición de rótulas plásticas a axil, con un comportamiento de tipo "Fuerza – desplazamiento" en el grado de libertad longitudinal (eje) de la barra. Esta prestación complementa a las tradicionales rótulas de momento-rotación, permitiendo modelizar con gran realismo el fallo en la sección por plastificación debido a tracción o por pandeo debido a una compresión excesiva.
Aplicaciones principales
Aunque su caso por excelencia son los arriostramientos de pórticos (CBF y BRB) para simular la disipación de energía mediante la fluencia a tracción y la degradación post-pandeo a compresión, estas rótulas axiales son esenciales en otros elementos estructurales:
- Cerchas y celosías principales:
En grandes luces, puentes o estructuras de transferencia donde los cordones y diagonales trabajan de forma articulada y pueden fallar por tracción o pandeo bajo cargas extremas. - Cables, tensores y tirantes:
Elementos que requieren leyes axiales no lineales específicas, considerando la rotura o fluencia a tracción y la pérdida total de rigidez a compresión.
Biblioteca de rótulas plásticas y tipos de comportamiento
La "Biblioteca de rótulas plásticas", accesible desde la pestaña "Obra" (de la solapa "Estructura") permite configurar nuevas entradas bajo la categoría "Fuerza - desplazamiento", ofreciendo tres comportamientos principales en el selector de "Tipo":
Endurecimiento elástico lineal
Modela un comportamiento lineal con un ratio de endurecimiento configurable.
Genérica (definida por tramos)
Permite al usuario definir curvas personalizadas o acogerse al comportamiento Hysteretic SM de OpenSees, especificando coordenadas normalizadas y criterios de aceptación (ocupación inmediata, seguridad para la vida y prevención de colapso).
Normativa ASCE 342-22
Diseñada específicamente para arriostramientos (buckling braces), calcula de manera automática las resistencias esperadas empleando el límite elástico esperado (fye = Ry · fy) y omitiendo los coeficientes parciales de seguridad φ = 1.0), reflejando con precisión la rama de degradación y el comportamiento asimétrico en compresión y tracción.
Asignación, posicionamiento y análisis
Mediante la opción "Rótulas plásticas" del menú "Barra" de la pestaña "Propiedades" (en la solapa "Estructura"), es posible seleccionar los elementos y ubicar la rótula a lo largo de su longitud (siendo lo habitual su colocación a mitad de barra). Una vez definidas, el programa permite ejecutar los distintos tipos de análisis no lineales teniendo en consideración estas nuevas rótulas.
En el caso de un análisis de pushover, de forma totalmente análoga a las rótulas de momento-rotación, es posible la consulta de resultados y la evaluación del desempeño estructural.
Curva de comportamiento de la rótula plástica a axil
La curva backbone (o curva de esqueleto) que define el comportamiento de una rótula plástica puramente a axil (fuerza vs. desplazamiento) presenta una característica fundamental: es marcadamente asimétrica, reflejando la diferencia de respuesta del material y de la estructura ante la tracción y la compresión.
Tomando como referencia normativas como ASCE 41 / AISC 342 y los principios de la mecánica estructural, esta curva se estructura habitualmente mediante un modelo multilineal caracterizado por los siguientes puntos clave:
- Resistencias esperadas (Punto B):
A diferencia del diseño convencional, la curva no se basa en valores nominales, sino en las resistencias esperadas utilizando el límite elástico esperado del material (fye = Ry · fy) y considerando coeficientes de seguridad unitarios φ = 1.0).- A tracción:
El elemento alcanza su capacidad de fluencia esperada (TCE = Ag·Ry·fy), pudiendo desarrollar una rama de endurecimiento plástica estable. - A compresión:
Se calcula mediante las fórmulas de pandeo de barras (como las de AISC o Eurocódigo), sustituyendo el límite elástico por el esperado para determinar la carga máxima de pandeo (PCE).
- A tracción:
- Rama de degradación y post-pandeo (Compresión):
Mientras que a tracción el elemento mantiene una meseta dúctil prolongada (puntos C, D y E con alta capacidad de deformación), el cuadrante de compresión sufre una inestabilidad geométrica severa. Tras alcanzar el pico de carga a compresión (PCE, coincidiendo prácticamente con el punto C), se produce una caída brusca o pendiente negativa (tramo C-D) que refleja la pérdida repentina de rigidez y resistencia al curvarse el elemento fuera de su plano. - Resistencia residual y fallo final (Puntos D y E):
Tras la caída, la fuerza se estabiliza en una meseta residual (punto D), cuyo valor suele rondar entre el 20% y el 40% de la capacidad inicial de pandeo, dependiendo directamente de la compacidad de la sección. Finalmente, el punto E marca la deformación límite en compresión, a partir de la cual la capacidad de carga axial del elemento se considera nula.
Este comportamiento asimétrico es el estándar para modelar la disipación de energía en elementos como arriostramientos de pandeo convencional (CBF), donde la alternancia entre la tracción dúctil y el pandeo a compresión define la respuesta sísmica de la estructura.
