Modelización de las superficies unidireccionales.

Las superficies unidireccionales son elementos superficiales discretizados en nervios dispuestos en una única dirección. Se utilizan para el cálculo de elementos nervados como como forjados unidireccionales de viguetas, cubiertas ligeras y cubiertas de madera.

Por defecto, estas superficies se comportan como elementos desacoplados, es decir, no integrados en la matriz de rigidez de la estructuras, y actuando única y exclusivamente como cargas.  Este planteamiento es muy útil para simplificar el modelo estructural, reduciendo así el tiempo de cálculo, y ofreciendo unos resultados más fáciles de comprender para un usuario medio.

Sin embargo, ese planteamiento no siempre es válido, y en algunos casos, en los que la rigidez de estos elementos es determinante, es preciso integrar los nervios de las superficies para obtener unos resultados correctos. Un ejemplo claro son las estructuras sometidas a solicitaciones sísmicas.

Con la incorporación del módulo RSwin - Requisitos de la norma sismorresistente, se ofrece la posibilidad de integrar las superficies que el usuario desee. Para un mejor entendimiento del modelo de cálculo de uno y otro tipo de superficie se desarrolla este tema de ayuda.

Son superficies que  no influyen en la rigidez de la estructura, ya que el programa las interpreta como cargas en las barras que las sustentan. Es decir, cuando se calcula cualquier superficie unidireccional, el programa saca la superficie de la estructura, la calcula simplemente apoyada, dimensiona los nervios (en este caso las correas), y transmite las reacciones al resto de la estructura:

Calcular las superficies como elementos desacoplados supone una importante simplificación que reduce el tamaño de la matriz de rigidez de la estructura. Sin embargo, las superficies unidireccionales desacopladas tienen una serie de limitaciones:

• Deben tener al menos dos apoyos. Es decir, los nervios de la superficie deben cortar como mínimo a dos barras de la estructura. No es posible calcular este tipo de superficies sobre un único apoyo. Si los apoyos son elementos constructivos de acero o madera, la función de éstos debe ser principal.
• No tienen en cuenta la intersección con elementos perpendiculares. Por ejemplo, si un pilar atraviesa, o apoya sobre una superficie unidireccional, no se tiene en cuenta ese apoyo. Sólo se consideran como apoyos las barras que corten a los nervios (contenidas en el mismo plano que la superficie).
• No rigidizan. Cuando la superficie desempeñe una función de arriostramiento, el cálculo desacoplado no es una buena opción, ya que estas superficies están fuera del modelo de cálculo y su rigidez no se considera.
• Sólo se pueden evaluar desplazamientos relativos, internos a la superficie,  como si los puntos de apoyo fueran perfectamente fijos.

En el diálogo "Proceso de cálculo" estas superficies aparecen al principio del informe (ya que no es posible pasar al cálculo de esfuerzos y desplazamientos sin conocer las cargas).

Si tiene licenciado el módulo RSwin - Requisitos de la norma sismorresistente, observará que en el cuadro de propiedades de estas superficies aparece la casilla Cálculo integrado en la estructura, que permite transformar la superficie desacoplada en un elemento integrado:

Activando la casilla Cálculo integrado en la estructura, los nervios de la superficie se integran en la matriz de rigidez de la estructura, lo que salva todos los inconvenientes anteriores:

• Es posible calcular superficies con un único apoyo, siempre y cuando el apoyo no se encuentre en el extremo de la superficie. Por ejemplo, la superficie de la figura siguiente sólo se podría calcular como elemento integrado:
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• Su rigidez participa en la estructura, y por tanto, en los resultados se nota su efecto arriostrante. Por ejemplo, en la figura siguiente, sometida a una carga horizontal, cuando se calcula como elemento desacoplado, los nervios no transmiten la carga al estar fuera del modelo de cálculo; en el resultado se ve que sólo uno de los pórticos recibe la carga. Sin embargo, cuando se integra en la estructura, los nervios arriostran la viga, transmitiendo la carga de un pórtico al otro, y haciendo que su deformación sea mucho menor:

• Permiten la intersección con otros elementos de la estructura además de los apoyos, permitiendo, por ejemplo, apear un pilar o un muro de un forjado unidireccional. Las estructuras de la figura siguiente no se podrían calcular con elementos desacoplados:

• Los desplazamientos tienen en cuenta también la deformada de los elementos de apoyo. Por ejemplo, en las figuras siguientes se muestra una misma estructura calculada con la cubierta desacoplada (izquierda) e integrada (derecha). En el primer caso, se puede ver claramente que la deformada de la cubierta y la estructura es completamente independiente, mientras que en el segundo, la deformada de la cubierta es coherente con la de la estructura:

Una aspecto importante a tener en cuenta es que los nervios de las superficies unidireccionales se modelizan con rótulas en sus extremos, lo que impide, por ejemplo, que al acometer una vigueta de un forjado un pilar, el programa entienda que existe una unión rígida.