Soluciones avanzadas para simplificar el diseño de anclajes

Según una investigación publicada en la revista New Civil Engineer , de una encuesta a más de 100 ingenieros civiles en ejercicio, el 55% informó dedicar hasta 4 horas al diseño de una conexión típica entre acero y hormigón, así como a la generación del informe correspondiente. Esto representa un tiempo importante, especialmente considerando todas las demás tareas que deben abordarse en el proyecto.

En caso seas un usuario que enfrenta estas dificultades, esta solución podrá ayudarte. IDEA StatiCa tiene buenas noticias. Esta problemática ha llegado a su fin gracias a la combinación de las capacidades de IDEA StatiCa Detail e IDEA StatiCa Connection, la herramienta definitiva para el diseño de anclajes. Este enfoque simplifica el diseño de anclajes y reduce significativamente el tiempo necesario en comparación con los métodos tradicionales.

¿Por qué el diseño de anclajes representa un desafío para la mayoría de ingenieros?

Antes de explorar en detalle nuestras opciones, veamos cómo se han realizado este tipo de diseño hasta ahora y reflexionemos un momento sobre ello.

Ya sea que nos centremos en el Eurocódigo, el AISC u otras normativas o especificaciones para el diseño de anclajes, todos coinciden en algunos principios fundamentales para abordar las conexiones entre acero y hormigón.

• En primer lugar, estos estándares especifican varios modelo de falla para los anclajes y las zapatas de hormigón, los cuales se categorizan según el tipo de carga aplicada. Cada condición se evalúa de manera independiente.

Figura 1: Esquema de modo de fallo – imagen de Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

• Posteriormente, proponen una solución mediante el método de componentes, en el cual la unión debe dividirse en configuraciones y componentes individuales, los cuales se evalúan de forma separada. 

Figura 2: Modelos de componentes – imagen de Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

• Adicionalmente, algunos estándares carecen completamente de un procedimiento adecuado para evaluar el hormigón o recomiendan un diseño excesivamente conservador, sugiriendo estribos y refuerzos adicionales sin basarse en un cálculo preciso para la unión específica. En su lugar, frecuentemente se sustituye por un conjunto de reglas de detallado.

No hay nada incorrecto en el enfoque mencionado anteriormente. Ha demostrado su eficacia a lo largo de años de práctica, sin embargo:

1. Incluso el diseño de tipos de anclajes más simples puede requerir un tiempo relativamente prolongado.
2. Un enfoque conservador puede volverse bastante complicado (si es que resulta viable) cuando se trata de anclajes menos comunes o completamente fuera de estándar.
3. Lo mismo aplica a casos especiales, como anclajes cercanos a bordes or transferencia de cortante mediante llaves de corte, etc. 

Figura 3: Caso de estudio – Anchorage design of steel spherical storage tanks, Canada

Esto puede generar un desperdicio excesivo de material, una pérdida significativa de tiempo e incluso evitar ciertos casos. Pero, ¿por qué debería ser así si no es absolutamente necesario?. Hace algunos años que contamos con métodos de análisis por elementos finitos (EF), cuyo desarrollo continúa avanzando. En IDEA StatiCa utilizamos los métodos CBFEM y CSFM, que algunos podrían considerar innovadores, aunque en realidad han existido durante algún tiempo y se basan en suposiciones o métodos que han demostrado ser efectivos durante décadas.

Al emplearlos en el entorno acelerado de hoy, donde el proceso de diseño está sometido a presión, podemos obtener una ventaja significativa. Estos métodos nos permiten ahorrar tiempo y, al mismo tiempo, lograr resultados más precisos. Esto no solo brinda tranquilidad, sino que también permite optimizar significativamente los materiales, lo que se traduce en ahorros de costos. Entonces, ¿qué nos ofrecen las herramientas más recientes?

IDEA StatiCa como solución integral a un proble complejo

IDEA StatiCa avanza constantemente a medida que sus aplicaciones evolucionan, comenzando a cubrir muchos casos. Ya no es necesario utilizar una herramienta para uniones de acero, realizar cálculos manuales adicionales o emplear otra herramienta para el hormigón. Ahora es posible gestionar todo de manera integral y conectar eficientemente el flujo de trabajo. ¿Cómo hacerlo?

Antes de la version 24.1, en IDEA StatiCa Connection, era posible evaluar componentes de acero con ciertas limitaciones y realizar evaluaciones básicas de zapatas de hormigón (solo considerar hormigón en masa). Se requerían cálculos manuales adicionales, así como cálculos completos al trabajar con hormigón armado. Las evaluaciones insatisfactorias eran principalmente atribuibles al bloque de hormigón, lo que generaba complicaciones para más de un ingeniero.

Esto ha cambiado con el lanzamiento de las versión completa de IDEA StatiCa 3D Detail, específicamente actualizada con todas sus funcionalidades, como la transferencia de cortante mediante anclajes o llaves de corte, diseñada para casos de anclajes. Es ideal para quienes enfrentan problemas como fallas por arrancamiento o cono de hormigón, y se han visto frustrados por la imposibilidad de incorporar refuerzos en IDEA Statica Connection. Ahora es posible modelar fácilmente los refuerzos y realizar un análisis en 3D. El uso de refuerzos abarca estos modos de falla que de otro modo se presentarían en hormigón simple. Desde 3D Detail, podemos obtener resultados para una verificación del Estado Límite Último en hormigón, refuerzos y anclajes sometidos a tensión.

Figura 4:  Modos de fallo cubiertos en IDEA StatiCa Connection y 3D Detail

Luego, en IDEA Connection, puede continuar evaluando anclajes, llaves de corte, placas base, etc., en resumen, todos los componentes de acero como antes. Aunque ambas aplicaciones funcionan de manera independiente, la verdadera ventaja se encuentra en combinar el poder de Connection y Detail. Estas aplicaciones se complementan entre sí y, solo juntas, ofrecen un paquete integral de evaluaciones. 

Una amplia gama de posibilidades 

Veamos algunos ejemplos prácticos que se adaptan a nuestra solución y descubramos qué está disponible ahora: 

Figura 5: (1) Viga de acero con viga de hormigón (2) Pilar de acero con pilar de hormigón (3) Anclaje con llave de cortante (4) Anclaje en muros reforzados 

Integración eficiente para optimizar el diseño de anclajes

Las mejores herramientas serían inútiles sin un flujo de trabajo sencillo. Nadie quiere perder tiempo modelando el mismo detalle dos veces. Por ello, vincular Detail y Connection fue una necesidad absoluta para nosotros. Con solo un clic, la importación del modelo, incluidas las cargas, está lista. El único paso adicional es agregar los refuerzos, y el modelo estará preparado para el cálculo final. Todo el proceso puede completarse en solo unos minutos, compruébelo usted mismo:

Puede encontrar más información sobre la importación en el artículo de notas de la versión: Import of anchoring from Connection to Detail.

Conclusión

Si el diseño de conexiones representa un desafío y consume una cantidad de tiempo desproporcionada, este podría ser el momento adecuado para tomar acción. Descargue la nueva versión, pruébela y háganos saber si estamos avanzando en la dirección correcta. Algo nos dice —quizás esos miles de clientes satisfechos— que ya lo estamos haciendo.

Nota.: Para una correcta comprensión, recomendamos leer las Limitaciones conocidas para 3D Detail, así como profundizar en los Antecedentes Teóricos o una descripción más practica de las funcionalidades para una visión más profunda.