Flujo de trabajo y objetivos
El objetivo de las herramientas de cálculo de la armadura del CSFM es ayudar a los proyectistas a determinar de forma eficiente la ubicación y la cantidad necesaria de barras de armadura. Para guiar al usuario en este proceso, se dispone de las siguientes herramientas: el cálculo lineal y la optimización topológica.
Las herramientas de cálculo de la armadura consideran modelos constitutivos más simplificados que los empleados en la verificación final de la estructura. Por tanto, la definición de la armadura en esta fase debe considerarse un predimensionamiento que se confirmará o refinará durante la verificación final. El uso de las distintas herramientas de cálculo de la armadura se ilustrará con el modelo de la Fig. 3, que consiste en un extremo de una viga simplemente apoyada de canto variable sometida a una carga uniformemente distribuida.
Análisis lineal
El análisis lineal considera propiedades del material elásticas lineales y desprecia la armadura en la región de hormigón. Se trata, por tanto, de un cálculo muy rápido que ofrece una primera visión de la ubicación de las zonas traccionadas y comprimidas. En la Fig. 4 se muestra un ejemplo de este cálculo.
Optimización topológica
La optimización topológica es un método que busca la distribución óptima de material en un volumen dado para una configuración de carga determinada. La optimización topológica implementada en Idea StatiCa Detail utiliza un modelo de elementos finitos lineal. Cada elemento finito puede tener una densidad relativa de 0 a 100 %, que representa la cantidad relativa de material utilizado. Estas densidades de los elementos son los parámetros de optimización del problema. La distribución de material resultante se considera óptima para el conjunto de cargas dado si minimiza la energía de deformación total del sistema. Por definición, la distribución óptima es también la geometría que presenta la mayor rigidez posible para las cargas dadas.
El proceso iterativo de optimización comienza con una distribución de densidad homogénea. El cálculo se realiza para varias fracciones de volumen total (20 %, 40 %, 60 % y 80 %), lo que permite al usuario seleccionar el resultado más práctico. La forma resultante consiste en celosías con bielas y tirantes y representa la forma óptima para los casos de carga dados (Fig. 5).
