Sub-Modelos en el software CSI: Flexibilidad en el Modelado y Dimensionamiento
A lo largo del ciclo de vida de un proyecto estructural, es común que surjan cuestiones que exigen analizar varios escenarios o etapas constructivas, manteniendo siempre la consistencia global del modelo. Determinar diferentes interacciones con la cimentación, variar la rigidez de elementos o simular escenarios sísmicos alternativos son algunos ejemplos de situaciones en las que trabajar con múltiples archivos independientes se vuelve laborioso y propenso a errores.
La solución propuesta en este artículo se basa en la creación de sub-modelos dentro del mismo entorno, evitando así la necesidad de fragmentar el proyecto en varios ficheros. Cada sub-modelo conserva la geometría y las cargas principales, pero ajusta parámetros clave para explorar comportamientos diversos o satisfacer distintos requisitos normativos. En las secciones siguientes, se explica cómo esta estrategia funciona de manera eficaz en los programas de CSI (SAP2000, ETABS y CSiBridge).
¿Qué son los Sub-Modelos?
Un sub-modelo consiste en una variación de un modelo estructural principal, donde se ajustan ciertas condiciones o propiedades para estudiar escenarios alternativos. A diferencia de los métodos tradicionales, en los que se crearían múltiples modelos independientes, los programas SAP2000, ETABS y CSiBridge, de CSI, permiten que estas variaciones coexistan en un único modelo. Esto se logra compartiendo geometrías, cargas y condiciones de apoyo, pero modificando parámetros críticos como rigidez, condiciones de contorno, secciones transversales y adición/eliminación de elementos estructurales.
Este método ayuda a evitar errores en el modelado, a abordar incertezas en el comportamiento estructural y a posibilitar el dimensionamiento para múltiples escenarios. El presente artículo ilustra cómo se aplica esta técnica en la práctica, a través de ejemplos de análisis y dimensionamiento estructural.
¿Cómo funcionan los Sub-Modelos?
1. Compartir el Modelo Base
- La geometría de la estructura, las cargas aplicadas y las definiciones generales se mantienen coherentes en todas las versiones, evitando duplicación de datos y mejorando la eficiencia.
2. Parametrización Individual
- Variaciones específicas como rigidez de los elementos, apoyos o tipos de unión se configuran por separado en cada sub-modelo.
3. Resultados Aislados y Combinados
- Permiten analizar el comportamiento estructural de cada variación de forma individual y combinar los resultados respectivos siempre que sea necesario.
Ámbito y necesidades: ¿Por qué utilizar Sub-Modelos?
Los sub-modelos son una herramienta crucial en contextos de incertidumbre o cuando se deben analizar múltiples escenarios normativos y funcionales.
1. Gestión de incertezas en el modelado
En situaciones donde la respuesta estructural depende de parámetros inciertos, los sub-modelos permiten variar dichos parámetros y evaluar cómo se ve influido el comportamiento.
Ejemplo: Cimentaciones en suelos inconsistentes
- Sub-Modelo A: Considera los apoyos como rígidos.
- Sub-Modelo B: Introduce muelles elásticos que simulan la rigidez del suelo.
El ingeniero puede comparar desplazamientos y esfuerzos para cada caso y asegurar que la solución dimensionada sea segura ante cualquier escenario.
2. Dimensionamiento para múltiples escenarios normativos
Cada sub-modelo puede configurarse para cumplir diferentes requisitos normativos o funcionales. Así se evitan los errores y el esfuerzo que supondría crear ficheros independientes para cada caso.
Ejemplo: Análisis sísmicos según el Eurocódigo 8
- Sub-modelo de la estructura sísmica primaria: se desprecia la rigidez de los elementos sismorresistentes secundarios; se considera la rigidez de flexión y de cortante igual a la mitad de la rigidez elástica o secante en la cedencia.
- Sub-modelo global para análisis sísmico: se tiene en cuenta la rigidez de elementos sismorresistentes primarios y secundarios, con la rigidez de flexión y cortante igual a la mitad de la rigidez elástica o secante en la cedencia.
Ambos sub-modelos son esenciales para el dimensionamiento sísmico de los elementos primarios y secundarios, así como para comprobar la contribución de los elementos sísmicos secundarios. (Ver artículo “Creación de submodelos para análisis sísmicos: 3 modelos distintos” de CSI España).
3. Análisis lineales simplificados e integrados
Los sub-modelos también pueden servir para desactivar o modificar la rigidez de ciertos elementos y considerar de forma simplificada determinados comportamientos no lineales.
Ejemplo: Consideración de arriostramientos que solo trabajan a tracción en análisis de espectro de respuesta
Escenarios con arriostramientos que solo resisten tracción requieren análisis no lineales, incompatibles con el análisis modal por espectro de respuesta. No obstante, se pueden crear sub-modelos para distintos escenarios de arriostramientos activos y ejecutar un análisis modal para cada uno. Para más información, consultar el segundo ejemplo del artículo “Utilización de submodelos: ¿Para qué sirven?” de CSI España.
4. Análisis lineales de modelos parciales
Puede que sean necesarias simulaciones modales, de pandeo o simplemente análisis lineales estáticos de un modelo parcial correspondiente a una etapa constructiva específica. Por ejemplo, se podría requerir conocer las cargas críticas de una viga metálica de un puente antes de hormigonar la losa del tablero.
5. Reducción de Errores y Mayor Eficiencia
Crear sub-modelos en un único entorno minimiza inconsistencias entre versiones (por ejemplo, geometrías divergentes) y fomenta actualizaciones centralizadas. Cualquier modificación en la estructura base se refleja automáticamente en todos los sub-modelos.
Ejemplo Práctico: Uso de Sub-Modelos para dimensionamiento integrado
El vídeo a continuación detalla los pasos para crear dos sub-modelos de análisis y dimensionamiento, considerando diferentes interacciones entre la cimentación y una estructura metálica:
- Sub-Modelo con apoyos empotrados: Se desprecia la deformabilidad de las cimentaciones.
- Sub-Modelo con losa de cimentación: Se considera la interacción suelo-estructura, mediante la modelización de una losa flexible apoyada en muelles.
Conclusión
Los sub-modelos, o modelos multi-condicionales, son una herramienta esencial para ingenieros que se enfrentan a múltiples escenarios de proyecto. Esta metodología, que enfatiza la flexibilidad y la eficiencia, elimina los riesgos asociados al uso de ficheros independientes y proporciona resultados confiables en menos tiempo.
Al permitir modificaciones de rigidez, condiciones de contorno y elementos estructurales dentro de un mismo entorno, los usuarios de los programas de CSI disponen de una solución sólida y versátil para diseñar estructuras seguras, optimizadas y adecuadas a diferentes desafíos de la ingeniería.
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