Integrando a ingenieros especialistas en el diseño de puentes con BIM

En el diseño y la construcción de puentes, además del diseño de la geometría, el trabajo de coordinación y la gestión de la obra, se requieren muchas otras tareas sofisticadas que son realizadas por especialistas. Por ejemplo, los análisis estructurales requieren ingenieros de puentes experimentados y, a menudo, la ayuda adicional de expertos para hacer frente a retos únicos como los problemas geotécnicos y de cimentación, pretensado o ingeniería sísmica. Sin embargo, estas disciplinas suelen quedar fuera de un flujo de trabajo BIM tradicional y, por tanto, no se benefician plenamente de la mayor eficiencia, comunicación y colaboración que la metodología BIM puede proporcionar.

Por lo tanto, tiene un valor excepcional poder utilizar este proceso como un procedimiento de planificación totalmente integrado, incluyendo análisis y evaluaciones estructurales detalladas, y permitir que todas las partes colaboren en un proyecto. La solución BIM ALLPLAN Bridge aborda esta cuestión y amplía los beneficios de la metodología BIM a todos los implicados al proporcionar funcionalidades como el análisis estructural y la evaluación de la resistencia.

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A continuación, se detallan las principales ventajas de un enfoque BIM integrado.

La geometría detallada de los modelos 3D no es adecuada para un análisis estructural de calidad, por lo que es necesario realizar simplificaciones. Los ingenieros estructurales se encargan de estas tareas, teniendo en cuenta las relaciones estáticamente relevantes y la precisión necesaria de los cálculos. Como resultado, el trabajo de diseño de puentes se lleva a cabo en la mayoría de los casos como dos procesos separados: el diseño arquitectónico y el modelado geométrico mediante la metodología BIM y, por otro lado, la creación del modelo de análisis estructural por parte del ingeniero de puentes.

Esta duplicación del trabajo puede evitarse creando automáticamente un modelo estructural relevante a partir de uno arquitectónico paramétrico. ALLPLAN Bridge proporciona esta funcionalidad, permitiendo al usuario mantener el control sobre el modelo creado y hacer efectivas las desviaciones del modelo arquitectónico al estar ambos interconectados. De esta manera, cualquier modificación en la geometría se actualiza inmediatamente en el modelo estructural.

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La estructura final y el proceso de construcción del puente rigen el comportamiento de carga. Por lo tanto, en ALLPLAN Bridge, este proceso en el modelo BIM se deriva automáticamente al modelo de análisis como una línea de tiempo para realizar los cálculos estáticos necesarios. Al simular el proceso de construcción, se contemplan las tensiones debidas a los montajes por fases, así como el comportamiento dependiente del tiempo debido a la fluencia, la retracción y la relajación del acero pretensado. En el caso del diseño de puentes de hormigón pretensado, también se incluyen actividades como el diseño de la geometría de los tendones y el programa de tensado para minimizar las pérdidas de pretensado.

Cargas como el peso propio, el pretensado o las cargas muertas superpuestas se consideran automáticamente en la simulación de la construcción. Sin embargo, el efecto de las diferentes cargas que se aplicarán a lo largo de la vida útil del puente suele requerir la intervención de especialistas, como para los impactos sísmicos. Estos se incluyen en ALLPLAN Bridge.

El cálculo de la carga de tráfico del puente de acuerdo con las normas de diseño es un proceso sofisticado. En ALLPLAN Bridge, esto se consigue evaluando las líneas de influencia relacionadas con los carriles. Para ello se definen carriles ficticios a lo largo de la superficie del puente en el modelo. Para calcular la carga de tráfico en un carril determinado, los patrones de carga (llamados trenes de carga) definidos por el código de diseño se colocan automáticamente a lo largo del mismo en la posición correspondiente. Los valores resultantes de diferentes cargas y en diferentes carriles de un mismo conjunto se superponen, y combinando los resultados de los diferentes conjuntos posibles se obtiene la envolvente de carga de tráfico final.

En el caso de las regiones susceptibles de sufrir terremotos, debe realizarse un análisis dinámico para determinar el impacto de estos eventos. ALLPLAN Bridge utiliza el método del espectro de respuesta multimodo para evaluar los efectos de las cargas sísmicas. La solución consta de dos tareas separadas en el procedimiento de cálculo: en primer lugar, la determinación de los modos naturales relevantes del sistema estructural, utilizando un esquema de iteración de subespacios según Bathe y, en segundo lugar, la evaluación del espectro de respuesta prescrito en el código de diseño.

ALLPLAN Bridge mejora la eficiencia y eficacia del proceso de diseño de puentes y la metodología BIM. Una vez realizado el análisis estructural, deben realizarse comprobaciones de acuerdo con el código de diseño pertinente para el estado límite de servicio (SLS) así como el estado límite último (ULS). ALLPLAN Bridge incluye herramientas inteligentes para calcular estas comprobaciones y mucho más, como por ejemplo para realizar cálculos complejos a lo largo de la vida útil del puente e investigar la resistencia a cortante de los puentes de hormigón pretensado.

Estas estructuras tienen muchas fases de montaje y servicio en las que hay que analizar y comprobar la estructura. La historia de la construcción y los efectos de la fluencia y la retracción provocan una redistribución de las tensiones tanto a nivel de la sección transversal como de la estructura. El estado de tensiones inmediatamente después de la finalización de la construcción (el estado de tensiones inicial) se utiliza para las comprobaciones de fatiga y capacidad de servicio, así como para el cálculo de la resistencia última a la flexión, que es complejo, ya que requiere la integración de la tensión sobre el área de la sección y un análisis no lineal de las ecuaciones de equilibrio de la sección transversal.

La resistencia a cortante también debe investigarse en los puentes de hormigón pretensado. Para ello, la norma del Eurocódigo se basa en un modelo de celosía de ángulo variable. Es necesario realizar ciertas adaptaciones o interpretaciones de las disposiciones de estas normas para el diseño de hormigón pretensado con respecto a (i) la relación entre el esfuerzo cortante y el brazo de palanca de flexión, y a (ii) el cálculo de la fuerza de tracción en la armadura longitudinal debida al cortante.

Para el caso de las comprobaciones SLS (como la limitación de tensiones, la anchura de la fisura, la condición de descompresión y el control de la deflexión), el uso del método del estado de tensión inicial es incluso más esencial que en las comprobaciones ULS, ya que el estado de tensión inicial influye significativamente en los resultados. De acuerdo con el Eurocódigo, las condiciones de servicio rigen el diseño de la sección transversal, ya que la estructura está sometida a la carga de servicio durante la mayor parte de su vida útil. Por lo tanto, esta comprobación es especialmente importante y no debería ignorarse ni sustituirse por una evaluación de la capacidad última de la estructura.

ALLPLAN Bridge es la primera solución de diseño de puentes integrada del mundo, que traza un proceso BIM completo para proyectos de construcción de puentes. No sólo agiliza una amplia gama de tareas de análisis estructural, sino que también ayuda a mejorar la colaboración entre todo el equipo al integrar disciplinas tradicionalmente separadas y actividades de análisis estructural en el flujo de trabajo de diseño. Esto ahorra mucho esfuerzo, tiempo y dinero, y proporciona a los ingenieros las herramientas que necesitan para introducir más creatividad e innovación en sus proyectos.