AC05-ErroresComunesModelaciónPuentes2_V1.pdf

Errores comunes en la
modelación numérica
de puentes (parte 2)
1 La importancia de simular correctamente el
comportamiento de cuerpo rígido en puentes
2 El error de considerar más nodos de los
necesarios en las conexiones rígidas de
puentes
3 El error de complicar las conexiones rígidas
simulando la geometría real de los diafragmas
del tablero
4 Errores al combinar condiciones de borde en
una conexión rígida de un puente
5 Referencias
NOTA TÉCNICA EN PUENTES:
APUNTE CIVIL # 5

Apunte Civil # 5
Errores comunes en la modelación numérica de puentes (parte 2) midas Civil
Elabora: Cristian Londoño
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El Apunte Civil de MIDAS contiene información técnica
resumida que puede ser aplicable fácilmente al día a día del
diseñador estructural de puentes, incluyendo también
recomendaciones claves para utilizar en el software midas Civil.
Este Apunte Civil aborda el tema de Errores comunes en la
modelación numérica de puentes (parte 2), en donde se recogen
algunos casos frecuentes adicionales a los mostrados en la
parte 1. Esta recopilación se hace posible gracias a la
experiencia de los técnicos de soporte de MIDAS en el área de
puentes.
1 La importancia de simular
correctamente el comportamiento de
cuerpo rígido en puentes
El comportamiento de cuerpo rígido es uno de los primeros
conceptos que aprendemos en el estudio de la física mecánica.
Tiene muchas aplicaciones, y aunque teóricamente no existe tal
cosa como un cuerpo infinitamente rígido, sí podemos asumir
que un cuerpo, en cierto contexto, puede tener dicho
comportamiento.
Un cuerpo rígido es un objeto en el que sus partículas
tienen una deformación relativa entre sí nula o muy cercana a
cero, de manera que se puede despreciar. En la práctica, se
puede asumir que un cuerpo es rígido si:
✔Su rigidez es muy alta cuando es comparada con
otros elementos involucrados en el problema físico.
✔La distribución de los esfuerzos se considera
uniforme o es posible encontrarla por interpolación a
partir de la posición y rotación de un punto de
referencia.
Movimiento de cuerpo rígido
Movimiento de cuerpo flexible (no rígido)
Figura 1. Ilustración del movimiento de cuerpo rígido y no rígido
Como ejemplo, consideremos el ala de un avión que rota
sobre su eje longitudinal. Si asumimos que tiene movimiento de
cuerpo rígido, la posición relativa de todos los puntos del ala

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permanece igual, pero si consideramos la realidad, habrá una
deformación relativa entre ellos porque el ala se flexiona. ¿Cuál
sería la suposición correcta si estuviésemos interesados en
diseñar el ala del avión?
En el caso del comportamiento del tablero de un puente
celular, si estuviésemos interesados en realizar el diseño en el
sentido transversal, estaríamos de acuerdo en que su
comportamiento como sección no puede suponerse rígida:
Figura 2. Comportamiento característico de un tablero celular: (a)
geometría original; (b) forma deformada. Keogh et al. (2014) , figura
6.10.
Los Rigid Link de midas Civil son las condiciones de borde
normalmente usadas para reflejar el comportamiento de cuerpo
rígido de los miembros de los puentes.
Figura 3. Conexión rígida en subestructura con ayuda de Rigid Link.
2 El error de considerar más (o menos)
nodos de los requeridos en las
conexiones rígidas de puentes
Esto sucede especialmente en los elementos transversales
del tablero de los puentes. El error que se comete en estos casos
es básicamente asumir un comportamiento de cuerpo rígido en
elementos que realmente no lo tienen, o que por el contrario se
consideren muy pocos de los estrictamente requeridos o
aplicables.
Usemos de ejemplo la siguiente viga compuesta en U con
arriostramientos transversales y diagonales:

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Figura 4. Modelo típico de una viga compuesta U de un puente.
Si quisiéramos incluir en el modelo el sistema de
arriostramiento transversal de una viga compuesta U, sería un
error conectar todos los elementos transversales a través de una
conexión rígida con Rigid Link, pues solamente los nodos
externos deberían conectarse rígidamente al nodo superior, el
cual usualmente conecta a las vigas compuestas modeladas
como elementos finitos lineales beam:
Figura 5. Error y solución de conexión rígida de un arriostramiento
transversal de una viga U compuesta.
En el caso de considerar menos nodos, en muchos casos
no es que se cometa realmente un error, sino que las cargas
probablemente quedarán más concentradas.

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3 El error de complicar las conexiones
rígidas simulando la geometría real
de los diafragmas del tablero
Una conexión rígida solamente necesita el punto inicial y
final de los elementos que se desean conectar, porque todos los
demás puntos dentro de la conexión estarán, por definición,
sometidos al mismo régimen de comportamiento de cuerpo
rígido, y por ende, son innecesarios.
En este caso vamos a apoyarnos en el ejemplo de un apoyo
de un puente de viga cajón de doble celda en el que hay un
diafragma que conecta rígidamente a todos los tabiques (almas)
del cajón y en el que se han usado Elastic y Rigid Links para
conectar la viga principal con los puntos de apoyo:
Figura 6. Modelo del apoyo de una viga cajón de doble celda.
Tanto el Elastic Link de tipo Rígido como el Rigid Link
pueden ser usados en midas Civil para modelar conexiones
rígidas. Para conocer las diferencias entre ellos, revisa el
numeral 4 de este Apunte Civil, y visita el enlace de la tercera
bibliografía en las Referencias.
El problema con este modelo es que complica
innecesariamente el modelo al tratar de “seguir” la geometría de
los tabiques de la viga. Aunque es cierto que las cargas viajan a
través de los tabiques, es importante recordar que lo que se está
tratando de representar aquí es un diafragma rígido, y por ende
serían innecesarios los puntos de las esquinas superiores
externas, pudiendo conectarlos directamente desde la viga hacia
los puntos de apoyo.

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Figura 7. Error y solución de la modelación de un diafragma rígido en
un tablero de puente cajón de doble celda.
Adicional a lo anterior, los Rigid Links no admiten que los
nodos esclavos tengan asignados condiciones de borde, como
lo serían los apoyos. Por esto, se deben usar Elastic Links que
representen los apoyos elastoméricos, los cuales sí se
conectarán más abajo con los apoyos.
De acuerdo con lo anterior, la solución entonces sería usar
un Rigid Link directo entre la viga y los nodos de apoyo de los
elastómeros, que luego transmiten la carga al apoyo general, en
este caso con un Elastic Link general.
Es muy importante mencionar que, si el diafragma no se
considera rígido, bien sea porque no se pueda suponer así o
porque se desea analizar y diseñar en el mismo modelo general
del puente, los Rigid Links mencionados serían reemplazado por
el miembro estructural real.
4 Errores al combinar condiciones de
borde en una conexión rígida de un
puente
En muchas ocasiones, es necesario combinar varias
condiciones de borde en una conexión rígida de un puente, por
ejemplo, en los siguientes casos:
✔La modelación de los apoyos de las vigas principales
en puentes viga-losa en concreto o compuestos.
En los puentes viga-losa, es frecuente tener que
combinar el comportamiento rígido de las secciones
de las vigas principales y su conexión con posibles
riostras. En los apoyos también es frecuente modelar
el apoyo elastomérico y finalmente, también debe
reflejarse el apoyo general del modelo o la
subestructura.
Ejemplos de modelaciones correctas de estos casos
se muestran en las siguientes figuras.

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Figura 8. Combinación de varias condiciones de borde en el apoyo de
una viga compuesta en U.
una viga compuesta en I.
una viga preesforzada en I.
Como se observa en los ejemplos, es frecuente usar:
▪ Los Rigid Links para el comportamiento de
cuerpo rígido de la sección de las vigas.
▪ Los Elastic Links (no de tipo rígidos sino
generales) para el apoyo elastomérico.
▪ Los Supports para los apoyos generales del
modelo.
Al haber visto los modelos anteriores, se observan
ciertos patrones en cuanto a la ubicación y uso, por
lo que pueden surgir preguntas como:
▪ ¿Por qué no usar Elastic Links rígidos y
generales en vez de Rigid Links y Elastic
Links generales, respectivamente?

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▪ ¿Hay alguna regla para escoger el nodo
maestro del Rigid Link?
▪ Si no se necesitara un Elastic Link, ¿dónde
debería ir el Support?
Y lo cierto es que, por esas cuestiones, muchas
veces se presentan errores de modelación. Para
resolver las preguntas de forma práctica, se deben
seguir los siguientes criterios:
▪ El Elastic Link conecta solamente dos nodos
y funciona como un elemento finito al que se
le indica de forma explícita la rigidez, y el
Rigid Link conecta un nodo maestro con
muchos nodos esclavos y funciona
simplemente como una ecuación de
compatibilidad geométrica.
▪ El Rigid Link aplica las condiciones de borde
del nodo maestro en los nodos esclavos. Si
hay condiciones de borde asignadas a los
nodos esclavos, son ignoradas.
▪ El Elastic Link rígido y el Rigid Link son
similares porque ambos se utilizan para
simular un comportamiento rígido, sin
embargo, sus procesos internos son
diferentes en el programa.
▪ En el caso del Elastic Link rígido, el programa
asigna una rigidez de 105 a 108 veces la
rigidez de los elementos conectados. Si los
elementos conectados son muy rígidos, esto
puede conducir a errores numéricos.
Para entender la correcta aplicación se muestran
tres ejemplos adaptados de la tercera referencia:
Figura 11. Errores y solución de la aplicación de múltiples condiciones
de borde en un apoyo de puente viga-losa.
▪ El modelo izquierdo aplica un apoyo a un
nodo esclavo, por lo que el programa lo ignora
y esto producirá una inestabilidad.
▪ El modelo central aplica un apoyo al nodo
maestro. Aunque esto no produce
inestabilidades, sería incorrecto porque le

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aplica la misma condición de apoyo a los
nodos esclavos.
▪ En modelo izquierdo es correcto, pues no
tiene condiciones de borde aplicadas al Rigid
Link, hay un Elastic Link que representa el
elastómero y es éste quien tiene el apoyo
general en el otro extremo.
✔La modelación de zonas rígidas en elementos de
concreto que se superponen en alguna parte.
Hay casos en los que modelamos elementos de
concreto que, por sus dimensiones, las zonas de
conexión se superponen. Esas zonas de conexión
muchas veces se consideran rígidas y por ende se
emplean Rigid Link para capturar un
comportamiento más realista.
Si consideramos el caso de un puente con una pila
apoyada en un dado de cimentación, que a su vez
se apoya en pilotes, tendríamos un modelo como
estos, donde probablemente se superponen algunas
conexiones:
Figura 12. Pila apoyada sobre pilotes.
Si intentamos asignar Rigid Links a las áreas de
conexión, veremos que en la zona resaltada van a
quedar nodos esclavos asignados a Rigid Links
diferente. Esta es una situación especial en la que la
otra condición de borde que no se puede asignar a
un nodo esclavo es justamente otro Rigid Link.
En esta situación, que se ilustra en la vista en planta
en la Figura 13, el programa emitirá el siguiente error
al intentar ejecutar el análisis, impidiendo realizarlo
satisfactoriamente: [Error]Duplicated degrees-of-
freedom component exist at the Rigid Link
(Diaphragm) of Node no. X.
La “X” denotaría los nodos en conflicto, y la forma de
solucionarlo en este caso sería aplicar un único Rigid
Link a toda el área rígida.

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Figura 13. Error de asignación de múltiples Rigid Link a un mismo
grupo de nodos esclavos.
Figura 14. Solución a la asignación de múltiples Rigid Link a un mismo
grupo de nodos esclavos.
A continuación, se listan otros errores de esta categoría que
serán ampliados en versiones futuras de este Apunte Civil.
✔Saltos en los diagramas de fuerzas internas en
tableros con Section Offsets o cuando se presenta
torsión en el método de grillas.
✔La modelación de apoyos de superestructuras de
puentes que no coinciden con el centroide de los
elementos de la subestructura.
✔La combinación de Rigid Links con Section Offsets
asignados a un mismo elemento
5 Referencias
Londoño, Cristian. Apunte Civil #1 (AC01) - Errores
comunes en la modelación numérica de puentes (parte 1).
Damien L. Keogh, Eugene O' Brien (2014). Bridge Deck
Analysis, 2nd edition.
What is the difference between rigid link and rigid type
elastic link?
https://globalsupport.midasuser.com/helpdesk/KB/View/526412
9-boundary-----what-is-the-difference-between-rigid-link-and-
rigid-type-elastic-link-
Application of Links in Bridge FE Models.
https://www.midasbridge.com/en/blog/application-
training/application-of-links-in-bridge-fe-models

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