Autor
Damià Milanés
Profesor en los Másters de Estructuras Metálicas y Mixtas en Edificación, Cimentaciones y Estructuras de Contención y en Estructuras de Edificación con CYPE en en Zigurat Global Institute of Technology.
Flujo de trabajo con Cype Connect Steel para el diseño de conexiones entre barras de acero
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Damià Milanès, profesor del Máster Internacional en Estructuras Metálicas y Mixtas de Edificación, nos acerca en el siguiente artículo cómo abordar el diseño de nudos o conexiones entre barras con Cype Connect Steel. Una tarea para la cual, asegura, esta herramienta aporta una clara una ventaja competitiva a nivel profesional. En este contexto, Milanès también mostrará cómo Cype Connect Steel es capaz de integrarse con otros programas de cálculo global de la estructura dentro de un flujo de trabajo Open BIM.
Sin duda en la fase de proyecto de una estructura metálica el diseño de los nudos o conexiones entre barras seguramente sea uno de los puntos singulares para lograr un correcto funcionamiento de la estructura. El correcto diseño de las conexiones implica satisfacer, cuanto menos, una misión doble. Ser capaces de:- Dotarla de un nivel de resistencia y rigidez suficientes.
- Proponer diseños que den respuesta a las condiciones de contorno preestablecidas evitando también colisiones entre elementos.
Si además es capaz de integrarse dentro del flujo de trabajo con el/los programa/s de cálculo global de la estructura, mucho mejor, ganamos en agilidad.
En este artículo pondremos en evidencia este flujo de trabajo Open BIM entre las herramientas del Generador de Pórticos, Cype 3d y la ya citada Cype Connect Steel a la que daremos un protagonismo mayor. Para ello plantearemos la resolución de conexiones entre los perfiles tubulares de una celosía y las columnas con perfiles H.
Todas estas herramientas están a disposición de los alumnos del Máster Internacional en Estructuras Metálicas y Mixtas de Zigurat, cuya próxima edición comienza el próximo mes de noviembre.
El flujo de trabajo que seguiremos consiste en:
1) Generador de Pórticos
Incorporamos la geometría de la nave que consiste en una celosía doble de 38m de luz. Generamos las cargas de forma prácticamente automática y dimensionamos las correas de cubierta y fachada. Marcamos la norma AISC-360-16 para verificaciones ELU-LRFD y la ASCE-7-16 para la estimación de las cargas. Luego, tanto Cype3d como Cype Connect Steel permitirán trabajar también con la normativa de acero señalada.
2) Cype 3D
Exportamos a Cype3d un pórtico aislado. Éste ya incorpora las cargas. Aquí terminamos de completar la geometría de la celosía, incorporando el pilar intermedio. Incorporamos la información sobre la inestabilidad por pandeo y pandeo lateral, tipo de perfiles y procedemos a dimensionamos las celosías con perfiles tubulares RHS para los cordones y SHS para las diagonales así como los pilares con perfiles HEB.
Todos los elementos cumplen por resistencia y por flecha, los desplazamientos verticales y horizontales se consideran admisibles.
Es importante en esta fase definir dónde ubicaremos las bridas de conexión. Como la celosía de 38m de luz no es manejable para un transporte normal por carretera, decidimos fragmentar la celosía original en tres “sub-celosías”. Incorporamos estos nudos de división en el modelo:
En el artículo de hoy nos centramos en la conexión entre el cordón superior con perfil tubular RHS y el pilar HEB:
En el próximo artículo, hablaremos de la conexión central donde se encuentran ambas celosías con el pilar central.
3) BIM Server Center
La comunicación entre el programa de cálculo global Cype3d y la herramienta para el diseño y dimensionado de las conexiones Cype Connect Steel la hacemos a través del gestor de proyectos BIM Server Center. Éste nos permitirá gestionar y mantener actualizada toda la información generada desde las aplicaciones. En este caso nos va a permitir establecer la conexión y la transferencia de información desde Cype3d a Cype Connect Steel. Sobre todo nos va a interesar que la aplicación de destino sea capaz de reconocer la geometría de la estructura, el posicionamiento de los nudos así como, obviamente, las cargas actuantes en los extremos de barras. - Vinculamos el archivo original de Cype3d a un nuevo proyecto Open BIM de BIM Server Center. Podemos configurar el tipo de proyecto y si queremos compartirlo o no con toda comunidad de usuarios de BIM Server Center.
- Una vez creado el proyecto Open BIM, podemos incorporar la información del modelo de Cype3d procediendo a su exportación:
- Con esto ahora solo nos queda ejecutar Cype Connect Steel y hacer que vaya a buscar el proyecto Open BIM que acabamos de crear y lea toda la información que hemos incorporado.
Configuramos la importación. Marcamos la opción “Generar automáticamente los nudos”.
Fijémonos en cómo Cype Connect Steel reconoce toda la información de la estructura así como los encuentros entre barras. Veamos cómo, en particular, reconoce el encuentro que nos ocupa en este artículo entre el cordón superior y el pilar.
Además tenemos vinculado el modelo de Cype Connect Steel con el modelo de Cype3d por lo que en el caso de que se modifique cualquier información del modelo original, automáticamente Cype Connect Steel nos avisará para poder sincronizar los cambios.
Sin duda esta interrelación “en vivo” entre ambas aplicaciones a través del BIM Server Center nos resultará sumamente interesante en el caso de que, por ejemplo, hayan cambiado las cargas en los extremos de alguna/s barra/s o se haya modificado la geometría inicial de la estructura. Cualquier cambio, será identificado en Cype Connect Steel.
4) Cype Connect Steel
Modelamos la conexión entre los perfiles tubulares, placa frontal y pilar. En este caso optamos por una conexión atornillada con placa frontal a la cual se sueldan las barras de la celosía. Simplificamos al máximo con una distribución simétrica de los tornillos. Con solo cinco operaciones somos capaces de tener el modelo terminado a nivel “físico”:
Ahora entramos en la etapa de Cálculo de la conexión.
Los primero que debemos hacer es generar las cargas que actúan en el extremo del cordón superior y diagonal, éstas serán nuestros barras sometidas a cargas. El pilar actúa como elemento portante. Nos ayudamos de los filtros para la selección de cargas.
Con esta configuración de forma automática se leen los esfuerzos máximos del modelo original (N, V y M). Se lee el máximo axil de compresión y como el porcentaje aplicado es del 100%, todas aquellas combinaciones de carga que provoquen este axil máximo serán importadas al modelo de la unión en Cype Connect Steel. Ídem para el resto de esfuerzos. De esta manera nos aseguramos que estamos trayéndonos aquella/s combinaciones que generan el máximo axil de compresión, también aquella/s combinaciones que generan el máximo corte vertical, también aquella/s combinaciones que generan el máximo momento, etc.
En total 16 combinaciones de carga y un tiempo de cálculo de menos de dos minutos.
A partir de aquí ya empezamos a calcular el nudo y a ir implementando mejoras hasta dar con una solución “viable” donde obtengamos valores de aprovechamientos en las placas, tornillos y soldaduras que consideramos aceptables. Además nos apoyarnos en las distribuciones de tensiones que se generan en la conexión, los porcentajes de deformación plástica que se producen así como los desplazamientos que se experimentan. A modo de muestra:
Distribución de tensiones para combinación de más tracción en el cordón: 
Deformaciones en la placa frontal:
Vemos como el tornillo más solicitado lo hace a un 80% de su capacidad de acuerdo a la normativa AISC-360-16:
Veamos también como Cype Connect Steel comprueba internamente la disposición constructiva de los pernos: distancia mínima y máxima a borde y el espaciamiento de agujeros de acuerdo a J3.4, J3.5 y J3.3 de la AISC-360-16 respectivamente:
Distancia mínima a borde:
Distancia máxima a borde:
Espaciamiento mínimo:
En este primer artículo hemos querido centrarnos más en comprender el flujo de trabajo entre las diferentes herramientas. Éste es nuestro punto de partida.
En el próximo artículo nos centraremos en la conexión entre las dos celosías y el pilar central.
En este nuevo artículo daremos prioridad a las operaciones que se aplican para modelarla así como al análisis de resultados. El planteamiento que haremos para esta conexión será el siguiente, buscando siempre que las conexiones en obra sean atornilladas.
