Mejores Prácticas para Conexiones Rígidas en los Programas CSI: Rigidez Elevada vs. Conexiones "Fixed"
Al definir elementos de conexión rígidos ("rigid links"), los usuarios tienen la opción de elegir entre un comportamiento "Fixed" (Fijo) o asignar valores de rigidez suficientemente elevados. Este artículo explica por qué el segundo enfoque es generalmente el recomendado, especialmente cuando se requiere un análisis de construcción por fases. Algunos de estos temas también se abordaron en el artículo sobre las Mejores prácticas para la definición de restricciones en modelos estructurales SAP2000
Importancia para el Análisis
Un elemento de conexión (link) con un grado de libertad "Fixed" implica esencialmente que la deformación para ese GDL específico es nula. Para un link con dos nudos, esto es equivalente a especificar una restricción de nudo ( constraint); para un "link" de un solo nudo, se comporta como un apoyo (restraint). Aunque parece una opción directa, el "Comportamiento Fijo" conlleva limitaciones significativas:
- Problemas Computacionales y Precisión: No se recomienda conectar directamente links con GDL "Fixed" a otros objetos que también tengan GDL "Fixed", o a nudos que ya se encuentren con constraints asignadas. Tal procedimiento puede llevar a nudos con múltiples restricciones, lo que puede resultar en resultados imprecisos en análisis dinámicos. Además, la inclusión de un mismo GDL en múltiples constraints tampoco es, en general, recomendable, ya que el análisis puede tener dificultades para combinarlas con precisión, especialmente en escenarios dinámicos.
- Resultados: Una limitación crítica de los GDL "Fixed" es que los esfuerzos en los links no se reportan para las direcciones fijas. Esto puede impedir la revisión y comprensión exhaustiva del comportamiento estructural, ya que los esfuerzos que actúan a lo largo de estas conexiones supuestamente rígidas permanecerán ocultos.
- Pérdidas por Acoplamiento de Masa: Para links con longitud no nula, fijar menos de los seis GDL puede llevar a una pérdida de acoplamiento de masa entre los GDL de rotación y de traslación, lo que puede afectar la dinámica de la estructura, especialmente cuando grandes masas o inercias rotacionales están presentes en los nudos conectados a estos links.
- Construcción por Fases (Staged Construction): Los GDL "Fixed" de los links no se ven afectados por operaciones de "Change Section"; estos restraints/constraints permanecen totalmente impuestos y su rigidez no puede ser modificada entre fases.
Como alternativa, se recomienda el uso de valores de rigidez suficientemente elevados para representar condiciones rígidas. Estos valores deben ser lo suficientemente grandes para evitar deformaciones significativas, pero no tan excesivamente grandes que causen sensibilidad numérica durante la solución de las ecuaciones, particularmente cerca de no linealidades en el modelo. Generalmente se recomienda usar una rigidez que sea aproximadamente de 100 a 10.000 veces mayor que las rigideces correspondientes en cualesquiera elementos conectados que se espera que sufran deformación. Por ejemplo, se sugieren valores del orden de 1e11 kN-m (o kN-m/rad) para estructuras de hormigón.
Ejemplo Práctico
A continuación, se presenta un ejemplo práctico con imágenes que ilustran la aplicación de valores de rigidez elevados en elementos link para conexiones rígidas y escenarios de construcción por fases.
Fase 1: La estructura de cimentación: los links inferiores y la estructura se añaden al modelo, incluyendo las cargas muertas (DEAD).
Fase 2: Los links de suspensión superiores (Links_Susp) se activan en el modelo. Sin embargo, como no se añadieron cargas a esta fase, los desplazamientos y los esfuerzos permanecieron inalterados.
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Fase 3: La fase final de la construcción implicó la eliminación de la estructura de cimentación y una operación "Change Section" en los links inferiores. Como resultado, la totalidad de las cargas se transfirió a los links de suspensión.
Ahora, un desafío: Intenta replicar este ejemplo, pero esta vez, define las conexiones usando links del tipo "Fixed". Compara tus resultados y observa cómo cambia el comportamiento estructural.
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