Soluciones avanzadas para simplificar el diseño de anclajes

Según una investigación publicada en la revista New Civil Engineer, una encuesta a más de 100 ingenieros civiles en ejercicio reveló que el 55% dedica hasta 4 horas al diseño de una conexión típica entre acero y hormigón, así como a la elaboración del informe correspondiente. Esto representa un tiempo importante, especialmente considerando las múltiples responsabilidades que conlleva un proyecto.

Si enfrenta estas dificultades como usuario, IDEA StatiCa ofrece una solución innovadora. Gracias a la combinación de las capacidades de IDEA StatiCa Detail e IDEA StatiCa Connection, el diseño de anclajes ha alcanzado un nuevo nivel de eficiencia. Este enfoque integral simplifica el diseño de anclajes y reduce significativamente el tiempo requerido en comparación con los métodos tradicionales.

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

Antes de profundizar en nuestras soluciones, es importante analizar cómo se ha llevado a cabo tradicionalmente el diseño de anclajes y reflexionar brevemente sobre los enfoques actuales.

Independientemente de si se utiliza el Eurocódigo, el AISC u otras normativas aplicables al diseño de anclajes, todas comparten principios fundamentales para garantizar la correcta interacción y desempeño de las conexiones entre acero y hormigón.

• En primer lugar, estos estándares establecen diversos modos de fallo para los anclajes y las zapatas de hormigón, clasificados en función del tipo de carga aplicada. Cada condición se evalúa de manera independiente para garantizar un diseño seguro y conforme a las normativas.

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

• Posteriormente, se propone una solución basada en el método de componentes, en el cual la unión debe dividirse en configuraciones y componentes individuales, los cuales deben evaluarse de forma separada. 

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

• Adicionalmente, algunos estándares carecen de un procedimiento adecuado para evaluar el comportamiento del hormigón o bien adoptan un diseño excesivamente conservador. Estos enfoques suelen recomendar la incorporación de estribos y refuerzos adicionales sin fundamentarse en cálculos precisos para la unión específica, siendo sustituidos en muchos casos por un conjunto de reglas generales de detallado.

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

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 estándares establecidos.
3. Esto también aplica a situaciones especiales, como anclajes cercanos a bordes o transferencia de cortante mediante llaves de corte, etc. 

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

El enfoque descrito puede dar lugar a un desperdicio innecesario de material, una pérdida considerable de tiempo e incluso evitar ciertos casos específicos. Pero, ¿por qué debería ser así si no es absolutamente necesario?. Desde hace algunos años, los métodos de análisis por elementos finitos (EF) han evolucionado de manera significativa, proporcionando soluciones más eficientes. En IDEA StatiCa, utilizamos los métodos CBFEM y CSFM, los cuales, aunque algunos lo consideren innovadores, están respaldados por fundamentos y metodologías que han demostrado ser eficaces durante décadas.

Al emplearlos en el entorno acelerado de hoy, donde el proceso de diseño está sometido a presión, podemos obtener una ventaja sustancial. Permiten no solo optimizar el tiempo, sino también obtener resultados más precisos. Esto no solo brinda tranquilidad, sino que también permitiría optimizar 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 problema complejo

IDEA StatiCa avanza constantemente a medida que sus aplicaciones evolucionan, ampliando su alcance para cubrir una amplia variedad de casos de diseño. 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 el proceso de manera integral y conectar eficientemente el flujo de trabajo. Pero, ¿Cómo hacerlo?

Antes de la version 24.1, IDEA StatiCa Connection permitía evaluar componentes de acero con ciertas limitaciones y realizar análisis básicos de zapatas de hormigón (solo considerar hormigón en masa). Para abordar casos con hormigón armado, era necesario recurrir a cálculos manuales adicionales. Las limitaciones se atribuían principalmente a la evaluación del bloque de hormigón, lo que generaba desafíos significativos para muchos ingenieros.

Esto cambió con el lanzamiento de las versión completa de IDEA Statica 3D Detail, que incorpora funcionalidades como la transferencia de cortante mediante anclajes o llaves de corte, diseñada para casos de anclajes. Es ideal para quienes enfrentan problemas como fallo 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 fallo que de otro modo se presentarían en hormigón simple. Desde 3D Detail, se puede obtener resultados precisos para la 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 

Ahora, 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 eficiente. La duplicación de esfuerzos, como modelar el mismo detalle dos veces, resulta innecesaria y contraproducente. Por esta razón, la integración entre Detail y Connection se convirtió en una prioridad escencial. 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 considerable de tiempo, este podría ser el momento ideal para actuar. Le invitamos a descargar la nueva versión, probar sus capacidades y compartir su opinión sobre nuestro progreso. Los comentarios de miles de clientes satisfechos respaldan que estamos avanzando en la dirección correcta.

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.