El efecto 3D más probable es aquel en el que las fuerzas de diseño generadas para la viga no siempre coinciden con lo esperado en un análisis 2D tradicional.
Este tipo de efecto puede producirse de muchas formas y es más probable cuando la disposición estructural se vuelve más compleja e irregular.
Podemos demostrar este efecto con un modelo muy simple, con varias vigas de piso unidas en un ángulo agudo (menor a 90°) entre sí, como se muestra a continuación.
Este modelo contiene:
- 5 vigas con tamaño de 250 mm x 500 mm
- 4 columnas con tamaño de 400 mm x 400 mm
- 2 losas con un espesor de 120 mm.
Los diagramas de carga, cortante y momento para la viga diagonal 1B5 se muestran a continuación:
Como ambos extremos de la viga son juntas fijas (soportadas por columnas), se espera un momento negativo aproximadamente simétrico en ambos extremos.
Sin embargo, el diagrama de momento de la viga 1B3 es significativamente distinto al de 1B5, aunque está soportada por las mismas columnas en ambos extremos.
Los diagramas de carga, cortante y momento para la viga 1B3 se muestran a continuación:
Las cargas están ligeramente desplazadas debido al área triangular de losa soportada, pero el diagrama de momento flector muestra un momento positivo en el apoyo del extremo izquierdo y un momento negativo en el apoyo del extremo derecho. Este resultado es inesperado, ya que el diagrama de momento flector no es simétrico.
La explicación se relaciona con la viga diagonal a lo largo de la planta. Cuando la estructura se evalúa en el postprocesador de análisis del edificio > Modelo Analítico, el modelo de alambre analítico con el momento flector debido al caso de carga última se muestra a continuación.
Tenga en cuenta que la zona rígida (reducida en un 25%) estaba activada, por lo que se crearon automáticamente enlaces rígidos (líneas azul oscuro) en el análisis para simular la rigidez de la conexión viga-columna. Como resultado, los momentos se interpolan y se muestran al final de la zona rígida, que se ubica aproximadamente en la cara de la columna y el intradós de la viga.
El motivo por el que se aplica la zona rígida en este ejemplo es acentuar la rigidez de la conexión, para ilustrar mejor este comportamiento 3D.
Para visualizar mejor la deflexión, la deflexión animada se muestra a continuación.
La viga diagonal, con una carga alta, genera un gran momento negativo en las columnas de apoyo y la conexión gira claramente. Esta rotación no puede ocurrir sin afectar a las demás vigas conectadas, en especial a los elementos conectados en un ángulo menor a 90 grados (perpendicular).
En este caso, la viga diagonal fuerza una rotación en sentido horario de la conexión en la columna, es decir, en el apoyo izquierdo de la viga 1B3. Esto implica que hay un momento horario aplicado externamente en el apoyo izquierdo de 1B3, que anula o contrarresta cualquier momento negativo interno.
En conclusión, los momentos de diseño de 1B3 son correctos en el contexto del análisis 3D. Si el mismo modelo se analiza en otro programa de análisis 3D general (por ejemplo, SAP), el resultado será el mismo.
Se podrían desarrollar innumerables ejemplos de esta naturaleza. El punto es que si las fuerzas de diseño en un miembro parecen incorrectas, no puede asumir que el análisis está mal. Debe revisar los resultados con cuidado y en particular observar la naturaleza de las deflexiones de todos los miembros conectados a la junta común, ya que la deflexión refleja las fuerzas internas en el miembro.