El método habitual de análisis de los modelos de cálculo de las estructuras metálicas se basa actualmente en dos grandes familias de programas basados en el método de la matriz de rigidez, primero, y como evolución de éste, en el MEF, método de los elementos finitos.
Dada la potencia de cálculo de las actuales plataformas digitales, y del software comercial al uso, los usuarios, deben ser, mucho más que antes, grandes especialistas y conocedores de la teoría de estructuras, y de los métodos que, de acuerdo con la resistencia de materiales, informan dichos programas. Es por ello que, la base teórica del usuario ha de ser necesariamente muy completa y versátil. Este supuesto, en un ingeniero nobel, por razón de su corta experiencia es siempre un hándicap importante. Si a esto le unimos que la rapidez de cálculo se ha multiplicado de manera exponencial, y que los tiempos de análisis, son hoy cortísimos, podemos encontramos con una extraña paradoja: en manos inexpertas, estas herramientas permiten al usuario equivocarse muchas más veces que antes por unidad de tiempo, lo cual no deja de representar una grave incongruencia.
Tal vez, y de ahí el título de nuestro trabajo, un punto difícil de modelar, es aquel que hace referencia a las“condiciones de contorno”, es decir como nuestra estructura, interactúa con los puntos de contacto con el exterior, y también como se comportan las uniones de los elementos resistentes entre sí. De estos detalles, sabemos que nuestra estructura tendrá uno u otro comportamiento, y que los resultados pueden variar considerablemente.
Es bueno por tanto conocer cuáles son los parámetros de cálculo, para que mediante una acertada evaluación de las condiciones de contorno, hagan que nuestro análisis sea lo más consistente posible. Con ello podremos afinar más el diseño, y conseguir estructuras más ligeras y por tanto económicas.
Pongamos algunos ejemplos que nos permitan ilustrar lo que hemos comentado anteriormente.
Si una nave industrial se cimienta sobre un terreno de mala calidad, una solución aceptable seria articular la base del pie del pilar para que solo pueda transmitir esfuerzos verticales, y horizontales, pero no momentos flectores. Con ello lograremos una optimización de la cimentación. Pero evidentemente, como el marco ha de ser rígido, la cabeza del pilar necesariamente ha de ser empotrada, según las leyes de momentos.
FIG.- Ejemplos de leyes de momentos en un pórtico según sus condiciones de contorno.
Convendría en éste caso, sabiendo que el terreno es de mala calidad, aceptar algún asentamiento en la cimentación. ¿Cómo modelarlo?
A través de la evaluación del módulo de balasto, podemos, a partir de la ley de Winkler, podemos asimilar el terreno un material elástico con una rigidez equivalente, cuestión ésta que requiere, como mínimo tener un orden de magnitud aceptable, y ser capaz, antes de calcular, que representa tomar un valor de 2, 20 ó 200 kp/cm3, para el valor de K, y si esto tiene gran influencia en el resultado final.
Modelado del apoyo sobre el terreno mediante el coeficiente de balasto (viga Winkler
Una manera de hacerlo seria mediante el método de prueba-error dada la rapidez del proceso.
Por otro lado, si se produce este asentamiento, ¿cómo repercute esto en nuestra estructura?
La respuesta, si tenemos conocimientos previos de teoría de estructuras es inmediata, ya que la matriz de rigidez nos indica que si en una barra producimos un esfuerzo transversal en una barra, aparecen en los extremos, fuerzas transversales y momentos de empotramiento, dependiendo de las condiciones de contorno
Así, el asentamiento de un pilar vertical, según el modelo (d), se convierte en el dintel en un corrimiento que produce dos reacciones transversales, y dos momentos de empotramiento, que serán mayores o menores, según sea el asentamiento de acurdo con el modelo (b).
Si a la hora de calcular el modelo, tenemos eso presente, podremos evaluar mucho mejor, y de una manera crítica, los resultados obtenidos.// eZigurat
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