22 Sep 2021 AICE masifica el conocimiento del análisis no lineal
Entre julio y agosto, organizado por la AICE, se impartió el curso Análisis Estático No Lineal de Estructuras, que contó con los profesores Fabián Rojas, Jorge Carvallo y Leonardo Massone. Este último cuenta sobre la tendencia actual del diseño por desempeño y la importancia de este método de diseño.
Como un curso que representa un buen paso para quienes no han tenido una formación formal relacionada con el análisis no lineal de estructuras, la AICE ofreció el curso Análisis Estático No Lineal de Estructuras, el que fue dictado entre julio y agosto, por los profesores Leonardo Massone, Fabián Rojas y Jorge Carvallo.
Los 32 alumnos asistentes pudieron conocer sobre introducción al Análisis No Lineal, Modelamiento No Lineal de Componentes Estructurales, Modelamiento de la No linealidad Geométrica, Análisis No lineal y Desempeño, y un Caso de Estudio usando ETABS.
Este tipo de curso no era muy común en el pasado y en la actualidad tampoco se imparte con regularidad en las universidades chilenas, por lo que la mayoría de los diseños se basa en algunos conceptos y criterios descriptivos que si bien funcionan razonablemente bien, impiden entender bien el comportamiento de la estructura.
En ese sentido, “este tipo de cursos nos permite estar un paso más adelante en entender cómo realmente se comporta la estructura y, obviamente, si entendemos cómo se comporta, podemos tener mejores criterios o tomar mejores decisiones al momento de diseñar”, precisa Leonardo Massone, profesor titular del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile.
De esa manera, una vez que se entiende el comportamiento no lineal de la estructura, se puede diseñar y validar que este es adecuado. “Ese es el concepto desde el diseño por desempeño: validar el diseño que uno hace con las herramientas tradicionales”, explica.
Asimismo, con el análisis no lineal se estudia dónde se empiezan a dañar más las estructuras, cuáles elementos son los que van a generar el daño, en tanto con un análisis lineal, “ese tipo de deducciones es bastante más complejo, es muy difícil distinguir cómo se va a ir propagando el daño”, especifica Massone.
En ese sentido, ¿es un análisis más fino?
Es un análisis más detallado, más refinado. Pero no es que el ingeniero no sepa que existe el comportamiento no lineal de la estructura, lo que pasa es que muchas veces uno está tan estructurado con este análisis lineal, que se le olvidan estas cosas.
En el análisis tradicional uno considera el factor R y de alguna manera dice ‘oye, no aquí, aquí yo no voy a diseñar para las cargas para que esto se comporte lineal, yo sé que va a haber una no linealidad en la estructura, el problema es que es difícil de ver, porque la metodología que uso para modelar la estructura, casi siempre es lineal.
¿Y este análisis no lineal no se enseña en las universidades?
Propiamente tal, como cursos de análisis no lineal, son muy pocas las universidades que lo imparten. Yo sé que en la Universidad Católica tienen un curso en esa línea, no conozco el programa. En el año 2007 comenzamos a dictar este curso y partimos porque no existía en la Universidad de Chile.
¿Cómo se relaciona con el diseño por desempeño?
El concepto es: ya diseñamos la estructura, le pusimos fierro adentro y ahora quiero entender cómo se comporta. Entonces, si es que viene un sismo, yo quiero ver cuáles son los elementos que potencialmente se van a dañar más, cómo se van a distribuir las cargas dentro del elemento estructural a través de un modelo no lineal, puede ser estático o dinámico, pero me interesa construir un modelo en la línea de ver cómo se van a distribuir las cargas sobre la estructura y cuáles se pueden empezar a dañar.
Después de eso yo tomo decisiones, es decir, si la estructuración que definí en un comienzo fue la adecuada, si el nivel de daño potencial que puede haber en la estructura es aceptable o no. Si es aceptable, estamos bien y si no lo es, nos obliga a rediseñar la estructura. Entonces, algunas de las decisiones que tomé al comienzo probablemente las tengo que modificar para que el nivel de daño ahora entre en un rango que se conoce como aceptable.
¿Qué tan masificado está el diseño por desempeño en Chile?
Si me comparo con quienes dieron con este tipo de cosas, en el hemisferio norte, en Estados Unidos sobre todo, estamos en pañales, pero dimos un paso importante ya hace unos años, cuando nos pusimos a redactar lo que sería un apéndice de la NCh433 y a dar lineamientos de cómo hacer un diseño.
Desde ese punto de vista, dimos un paso súper importante, porque antes no teníamos lineamientos locales, si uno quería hacer algo en esa línea, tenía que buscar información afuera, había oficinas que lo habían utilizado, pero basándose en documentación internacional. En la medida que la gente lo empiece a probar, empieza a ver las ventajas, las virtudes, significa más trabajo, evidentemente. La idea es que se empieza a masificar por la necesidad o por el interés de los ingenieros de entender cómo se comporta la estructura y que sea una ventaja para el diseño, y no un dolor de cabeza.
¿Es más costoso también?
Como el comportamiento no lineal requiere, entre comillas, de más variables, más definiciones, lo que significa entender más en detalle el problema, entonces hay un nivel de dificultad mayor, que es pertinente, digamos, a entender cómo se comporta la estructura con más detalle. Uno tiene que elegir el tipo de modelo a utilizar, entonces eso requiere también de conocimiento. Y por otro lado, si uno ya tiene todo eso, conocimiento y maneja la herramienta, de todas maneras, es más tiempo.
Entonces, el costo está asociado al tiempo. Necesitas un software de análisis no lineal, pero muchos de los software lineales que existen hoy ya traen herramientas no lineales, ya pueden hacer ese tipo de cosas. Y la dificultad en términos de costos está más que nada asociada al tiempo, a las horas hombre.
Y, en ese sentido, ¿está más recomendado para estructuras más estratégicas o críticas?
Sí, por supuesto. O sea, si uno considera en qué casos debería hacer este tipo de análisis, cuando hay estructura atípica, cuando hay configuraciones que son difíciles de entender con los métodos tradicionales, evidentemente ahí tiene mucho más justificación, entre comillas, invertir el tiempo en este tipo de cosas, mientras no se masifique. Si yo lo miro con el estándar internacional, en Estados Unidos todos los edificios altos, tienen que tener un diseño basado en desempeño. Entonces, ahí le pusieron el cascabel al gato, dijeron, ya, de aquí para arriba todos tienen que cumplir con criterio donde se haya verificado este diseño por desempeño.
En ese sentido, ¿Chile no debería hacer lo mismo, dado que es un país sísmico, en la mayoría de su territorio?
Esa es la idea, primero nosotros lo que hicimos es trabajar en que esto se introdujera, y tampoco podemos imponer algo sin que todos lo manejen y entiendan de qué estamos hablando, entonces, por un lado está la herramienta, está el documento y, por otro lado, están estos cursos, cuya idea es apoyar para que se entienda más, se masifique un poco los conceptos de comportamiento no lineal de estructuras y cómo podría beneficiarnos en el diseño.
¿Cómo quedan capacitados los alumnos que toman este curso?
Una de las cosas fundamentales es entender qué es el comportamiento no lineal, después es tener nociones de qué tipos de no linealidad existen y qué tipos de elementos estructurales existen que uno pueda utilizar, por ejemplo estudiar el comportamiento de edificios de muros de hormigón armado, y después de eso conocer cuáles son los tipos de herramientas que uno puede utilizar o cuáles son las metodologías asociadas a estos criterios de diseño por desempeño y cuál es la propuesta que se hizo para la NCh433.
Como tendencia, ¿ustedes ven que es un tipo de diseño que debería masificarse en el país?
Debería con el tiempo ir siendo mucho más popular, muchísimo. Más allá de este curso, si pienso en los alumnos que he tenido estos 14 años que he dictado el curso, hoy ya existe una masa crítica que tiene unos conocimientos fundamentales de lo que es el comportamiento no lineal de estructura.
Testimonio: evaluar el comportamiento real de la estructura
A José Ignacio Navea, profesional de Delporte Ingenieros, el análisis no lineal le despierta una gran curiosidad, “ya que en los diseños tradicionales que hacemos día a día solo diseñamos para un comportamiento lineal-estático de las estructuras, al cual le asignamos un factor R de reducción de respuesta, para disminuir los espectros de diseño y con esto, buscar algún grado de ‘inelasticidad’ de la estructura, pero no nos aseguramos cómo será el real comportamiento frente a una demanda”, plantea.
Por ello, “mediante un análisis estático no lineal del tipo Pushover, se puede evaluar el comportamiento real de la estructura y conocer realmente el punto de colapso de la misma, el cual no se evalúa mediante la normativa actual”, añade.
Por ello, tomó este curso, con el objetivo de llegar a diseñar algún edificio mediante un procedimiento alternativo, como el diseño basado en desempeño, “el cual permite evaluar el comportamiento no lineal de la estructura frente a una demanda y establecer distintos niveles de desempeño para ciertos estados límites, cosa que la normativa actual no lo establece explícitamente, por lo que se podría evaluar y asegurar que la estructura no llegue al colapso y, además, mediante el diseño por capacidad se puede garantizar que se produzca una falla dúctil por flexión y no una falla frágil por corte”.