| Manual de usuario de ESwin - Estructuras Tridimensionales. |
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| Bloque I - Introducción al programa |
| Manual de usuario de ESwin - Estructuras Tridimensionales. |
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| Bloque I - Introducción al programa |
En este capítulo se explica el manejo de las superficies bidireccionales, entidades que ESwin emplea para la modelización de forjados de losa maciza, forjados reticulares, losas de cimentación, muros de hormigón y muros de fábrica. El ejemplo desarrollado en este capítulo emplea la entidad más simple de este tipo: la superficie bidireccional genérica y se basa en la misma estructura que los dos capítulos anteriores.
Para utilizar las opciones que aquí se describen es necesario disponer de licencia del módulo SBWIN - Superficies bidireccionales.
Las superficies bidireccionales se caracterizan por tener nervios en dos direcciones perpendiculares, formando una malla cuadrada. Además, se distinguen de las unidireccionales en que se encuentran integradas en el cálculo estructural, formando parte de la estructura de la misma forma que lo hacen nudos y barras.
Las superficies bidireccionales pueden representar cualquier tipo de placa maciza de canto constante en una estructura. ESwin las emplea para simular forjados de losa maciza, muros de hormigón y losas de cimentación, elementos que se pueden simular (aunque no comprobar) también con la superficie bidireccional genérica, entidad más sencilla de este tipo. Además de estos elementos, los módulos FRwin y EFwin también utilizan las superficies bidireccionales para el cálculo de forjados reticulares y muros de fábrica respectivamente, aunque en este caso los modelos tienen ciertas particularidades (por ejemplo, distintos tipos de secciones en forjados reticulares) que hacen que sean algo distintos al resto de superficies bidireccionales.
El ejemplo de este capítulo se basa en el archivo Ejemplo 1.5.a Punto de partida.es, que encontrará en la carpeta de instalación del programa. La estructura es la misma que la del capítulo anterior, pero se le han eliminado todas las superficies unidireccionales, para que los usuarios sin licencia del módulo CEwin puedan acceder a este ejemplo.
Gráficamente, las superficies bidireccionales son idénticas a las unidireccionales, así que si quiere información sobre cómo dibujar y modificar superficies, vaya al capítulo anterior (1.4) de este manual.
Abra el ejemplo mencionado en el apartado anterior y seleccione la Planta Alta para definir el forjado, utilizando una superficie unidireccional genérica que simulará una losa maciza de 20 cm. Como las superficies bidireccionales están integradas en la estructura, el nuevo forjado no necesitará de esas vigas intermedias que en las unidireccionales sí son necesarias para trabajar como cargaderos:
Elimine esas barras antes de dibujar el forjado. Realmente
las barras del borde tampoco son estrictamente necesarias. Dibuje el forjado con
la opción Insertar->Superficie bidireccional genérica
,
marcando los vértices que delimitan el contorno:
Pase a modo alámbrico para poder ver el modelo de
cálculo que realiza el programa. Active también los apoyos de elementos
superficiales (
).
La superficie bidireccional contiene una malla de líneas de cálculo (lo
que se llamaba "nervios" en el caso de unidireccionales) rojas y verdes; las
primeras se corresponden con el eje x' o directo de
la superficie, y las segundas con el eje y' o
perpendicular. Al igual que ocurre con las superficies unidireccionales,
la orientación del eje x' se puede variar con la herramienta
Insertar->Dirección (
).
Cada tramo de una línea de cálculo es una barra de sección rectangular cuyo
canto es igual al de la superficie y su ancho es igual a la distancia entre
líneas de cálculo (en zonas singulares como bordes, intersecciones con
barras, etc. el programa puede reducir el ancho de la sección para adaptarse a
la geometría real).
Dentro de la superficie existe una gran cantidad de nudos, que aparecen en:
Para simular el forjado de losa maciza, edite las propiedades de la superficie como se indica:
Siguiendo el mismo proceso, defina también una superficie bidireccional en cubierta, sustituyendo la unidireccional horizontal que se definió en el capítulo 1.4.
El módulo SBwin permite también simular el comportamiento de superficies bidireccionales genéricas apoyadas en el terreno, como si fueran losas de cimentación. Para apoyar una superficie en el terreno, ésta debe cumplir dos condiciones:
).
En este capítulo no se va a profundizar en el cálculo de cimentaciones. Para más información sobre terrenos y columnas estratigráficas, consulte el Bloque VII - Cimentaciones.
Para ver un ejemplo práctico, dibuje la losa de cimentación
en la Planta Sótano usando una superficie bidireccional genérica ():
Asigne estas propiedades a la superficie:
Ahora falta llevar los pilares hasta la planta sótano. Hay
varias formas de conseguirlo, una de ellas es duplicando (
)
los pilares de la planta baja:
Una vez duplicados los pilares, hay que quitar las restricciones a los nudos de la planta baja:
Cuando calcule la estructura, en esta superficie (que es horizontal y está por debajo de la altura del primer estrato) se comprobará que se cumplen las presiones máximas sobre el terreno y las condiciones de seguridad a deslizamiento y vuelco, igual que si fuera una losa de cimentación. Lo que no se calculará ni comprobará es su capacidad estructural y su armado, para lo que es necesario disponer del módulo LHwin - Losas de cimentación.
Para poder realizar el cálculo cuando existen superficies de este tipo, es necesario que existan hipótesis de calculo definidas. Éstas se crean de forma automática cuando existen elementos que deben ser comprobados (elementos de hormigón, acero, madera, prefabricados, etc.) pero no ocurre así cuando sólo existen elementos genéricos en la estructura. Para que el cálculo pueda realizarse, debe dirigirse a Datos->Hipótesis de cálculo y definir al menos una hipótesis ELS, desactivando antes la opción Usar generación automática. Para no entrar en profundidad en el tema de la generación de hipótesis, cree una con todos los coeficientes iguales a la unidad.
Para más información sobre la creación y generación automática de hipótesis de cálculo, consulte el capítulo 1.7 de este manual.
Hasta ahora, los ejemplos vistos corresponden a una superficies bidireccionales que sólo están relacionadas con otras barras. Es frecuente que las superficies bidireccionales interactúen entre sí, siendo necesario en este caso tener en cuenta que dos superficies bidireccionales sólo pueden unirse de forma directa a través de sus bordes; en cualquier otro caso, es necesario situar una barra en la intersección entre superficies.
Por ejemplo, las losas de la escalera de la estructura del
ejemplo "se tocan" en sus bordes, y por tanto, en este caso no será necesario
disponer una barra intermedia. Para crear estas losas, vaya a
Insertar->Superficie bidireccional genérica ()
y dibújela apoyándose en las barras genéricas que vienen definidas de ejemplos
de capítulos anteriores:
Después, puede borrar las barras que rodean las superficies (normalmente las escaleras se ejecutan como losas macizas autoportantes sin ningún tipo de estructura auxiliar). Edite las losas y asigne las siguientes propiedades:
Cuando dos superficies se cortan en una línea que no es el borde de las dos superficies, es necesario añadir sobre dicha línea una barra. Este caso se presenta en la estructura del sótano de la vivienda del ejemplo: dibuje los muros, utilizando nuevamente una superficie bidireccional genérica. Como puntos de referencia para situar los vértices de los muros, utilice los nudos inferiores y superiores de los pilares:
En total, deberá dibujar tres superficies, que se corresponden con los tres laterales del sótano que están cerrados. Si pasa a modo alámbrico y se fija en el muro que hay bajo la hilera central de pilares, verá que su borde inferior no coincide con el borde de la losa de cimentación:
En este caso deberá colocar una barra entre ambas superficies, ya que si intentara el cálculo con el modelo así, obtendría el siguiente error:
Basta con colocar una barra de material genérico (
)
de sección despreciable (Ø16, por ejemplo) que se sitúe justo sobre el borde
inferior del muro.
Para terminar de ajustar el muro, asígnele a los tres tramos las siguientes propiedades:
La excentricidad de las superficies es similar a los
criterios de crecimiento de las barras, pero mucho más simple, ya que el único
desplazamiento posible del plano de cálculo con respecto al plano medio real se
da en el eje z' (el que se sale del plano).
El signo de la excentricidad dependerá de la orientación de los ejes, que puede
representar en pantalla con la opción Ver->Ver/ocultar->Ejes locales (
).
Por ejemplo, si todos los muros tienen el eje z' mirando hacia fuera, la
excentricidad de cada uno de ellos será la que se indica en la figura siguiente:
En los muros cuyo plano geométrico coincide con el borde de la losa es fácil saber que la excentricidad debe ser la mitad del canto del muro (12,5 cm). En el otro muro, como la distancia entre el plano geométrico del muro y el borde de la losa es de 30 cm, la excentricidad es: 30-25/2=17,5 cm.
Salvo el caso de superficies bidireccionales apoyadas en el terreno, no existe manera alguna de imponer una restricción al movimiento de una superficie. La única manera de definir una restricción al movimiento en ESwin es utilizando los nudos convencionales, que sólo aparecen en los extremos de las barras. Por tanto, si se quiere asignar una restricción al movimiento de una superficie, es necesario utilizar barras auxiliares, en cuyos nudos sí se pueden restringir los grados de libertad.
En la losa inclinada inferior de la escalera, debe de existir un apoyo, porque tal y como está ahora mismo se comportaría como un voladizo.
Para evitar que la superficie se mueva, es necesario definir una barra genérica (de sección despreciable) en ese borde, y sobre los nudos de la barra, definir las restricciones. También puede dividir la barra en pequeños tramos y asignar las restricciones a todos los nudos:
Con las superficies que van creadas hasta ahora ha podido ver prácticamente todos los casos que se pueden presentar a la hora de trabajar con este tipo de entidades. La estructura está prácticamente definida al completo. Sólo faltan un par de detalles:
Este último punto es muy importante: la losa de cimentación es un elemento estructural que puede sufrir asientos de importancia. Sin embargo, los apoyos empotrados del resto de pilares no pueden sufrir desplazamiento alguno. Si calcula la estructura en esta situación, se encontrará que la parte de estructura cimentada sobre la losa está colgando del resto. En la figura siguiente se muestra la deformada que tendría la estructura en esta situación.
El cálculo realizado es erróneo, porque realmente el asiento se va a producir en toda la estructura. Por tanto, no deben coexistir apoyos elásticos con apoyos rígidos. La solución a este problema es hacer todos los apoyos elásticos, modificando las propiedades de los nudos que actualmente se encuentran empotrados, y definiendo en ellos un apoyo elástico (para más información consulte el capítulo 1.3, apartado 7).
Para calcular la estructura, vaya a Calcular->Comprobar
(
).
En esta ocasión el proceso de cálculo será algo más lento que en ejemplos
anteriores, ya que la estructura cuenta con muchos más nudos. En este
proceso de cálculo sí aparecen comprobaciones, las correspondientes a la
resistencia del terreno en la superficie bidireccional que actúa como losa de
cimentación.
Si el terreno no agota (por hundimiento, vuelco, o deslizamiento), en el cuadro Proceso de cálculo debe aparecer "Losas de cimentación genéricas - Dimensiones adecuadas".
Recuerde que el cálculo de cimentaciones con ESwin se trata con más detalle en el Bloque VII de este manual.
Si ahora consulta la deformada de la estructura, verá que ya no se produce el efecto extraño por el que la estructura quedaba colgada de los pilares más altos:
Los resultados obtenidos sobre superficies bidireccionales se gestionan casi de la misma manera que en las unidireccionales. Una diferencia importante que notará es que las gráficas 3D de la deformada las superficies se mantienen "pegadas" al resto de la estructura, algo que no ocurría con las superficies unidireccionales; esto ocurre porque dentro del cálculo de la estructura, las superficies bidireccionales están completamente integradas mientras las unidireccionales actúan como cargas, calculándose fuera de la estructura.
Las superficies bidireccionales permiten generar mucha más información que las unidireccionales, por medio de Listados. Especialmente interesantes son: