Modelado 2D vs. 3D en 3DMacro: Aclarando la Selección del "Tipo de Modelo"

Al configurar un proyecto en 3DMacro, uno de los ajustes críticos situados en el menú Opciones Avanzadas - Tipo de modelo es la elección entre “Modelo bidimensional” y “Modelo tridimensional (elementos RECT)”.
Aunque la elección intuitiva para un análisis completo del edificio pueda parecer el “Modelo tridimensional”, este ajuste altera fundamentalmente la formulación computacional de los macroelementos. Comprender la mecánica detrás de estas opciones es crucial tanto para la precisión de la solución como para la eficiencia computacional.
Este artículo aclara las diferencias técnicas entre estos modos y explica por qué el Modelo bidimensional es el estándar recomendado para estructuras de mampostería residenciales.

1) La Diferencia Técnica: Muelles de Interfaz

La diferencia central entre los dos tipos de modelo reside en la formulación matemática de las interfaces entre macroelementos. 3DMacro utiliza un enfoque de elementos discretos donde el comportamiento no lineal se concentra (lumped) en muelles de interfaz.

• Modelo bidimensional: Cuando se selecciona esta opción, el software adopta un único conjunto de muelles en las interfaces entre macroelementos. Estos muelles están activos solo para el comportamiento en el plano del muro. En consecuencia, cada muro contribuye con rigidez y resistencia únicamente en su propio plano. La rigidez fuera del plano de los muros individuales se desprecia efectivamente en la matriz global.
• Modelo tridimensional (elementos RECT): En este modo, se generan tres conjuntos de muelles en las interfaces. Esta configuración captura tanto el comportamiento en el plano como fuera del plano. Como resultado, las formas modales (modos de vibración) reflejarán deformaciones fuera del plano de los muros. Abajo puede ver la diferencia entre la opción de Tipo de Modelo 3D y 2D.

Model Type Option 3D

Model Type Option 2D

2) La Recomendación: ¿Por qué Elegir el "Modelo Bidimensional"?

A pesar de la disponibilidad de la formulación de elementos 3D, los desarrolladores recomiendan estrictamente el uso del “Modelo bidimensional” para la mayoría de los análisis estándar de edificios de mampostería.
Esta recomendación se basa en la mecánica estructural de los edificios de mampostería típicos y en la eficiencia computacional.

La Asunción del "Comportamiento de Caja"

La mayoría de las estructuras residenciales de mampostería están diseñadas para exhibir un “comportamiento de caja”. La presencia de elementos de rigidez —tales como forjados de hormigón y ladrillo, tirantes y zunchos de hormigón— asegura que los muros trabajen juntos como una unidad 3D coherente.

• Precisión Global: Debido a esta acción de caja, la respuesta sísmica global está dominada por el cortante en el plano y el balanceo de los muros. El modelo 2D captura con precisión este comportamiento global.
• Comprobaciones Fuera del Plano (OOP): Los mecanismos OOP (mecanismos locales) se comprueban generalmente a posteriori (tras el análisis global) utilizando análisis límite cinemático o protocolos de verificación local específicos, en lugar de resolverse simultáneamente en el análisis estático no lineal global (pushover).

Eficiencia Computacional

El “Modelo bidimensional” ofrece una ventaja masiva en la velocidad de procesamiento. Al ignorar los grados de libertad fuera del plano para los elementos de muro, el total de grados de libertad en el modelo computacional se reduce en aproximadamente un 60%. Esto permite tiempos de iteración significativamente más rápidos y el análisis de edificios más grandes y complejos sin sacrificar la precisión respecto a la capacidad sísmica global.

3) Cuándo Utilizar el "Modelo Tridimensional (elementos RECT)"

La formulación completa del modelo 3D no está obsoleta; es simplemente especializada. Se dedica principalmente a estructuras aisladas donde no se puede asumir el comportamiento de caja, y la flexión fuera del plano es un modo de fallo primario.

Casos de Uso Típicos:

• Torres
• Iglesias y Campanarios
• Muros aislados

Consideraciones Críticas para el Modo 3D:

Si decide utilizar el modelo Tridimensional, tenga en cuenta las siguientes restricciones:

1. Refinamiento de Malla: Para capturar con precisión el fallo fuera del plano (específicamente la posición correcta de las rótulas plásticas horizontales a lo largo de la altura de un muro), debe utilizar un refinamiento de malla muy fino. Una malla gruesa probablemente arrojará mecanismos de fallo incorrectos o del lado de la inseguridad.
2. Complejidad de Modelado: La arquitectura de entrada de 3DMacro (editores de Planta y Muro) está optimizada para edificios residenciales compuestos por muros ortogonales. El modelado de geometrías complejas típicas de iglesias históricas (p. ej., superficies cilíndricas o bóvedas) puede ser difícil y requerir soluciones alternativas significativas en comparación con software FEM de propósito general.