Las uniones tubulares se utilizan ampliamente en instalaciones marítimas y otras estructuras de acero tubular debido a su eficaz comportamiento frente a las cargas y a su idoneidad para entornos exigentes. Su resistencia y solidez se evalúan mediante normas de diseño específicas, y los requisitos aplicables dependen del proyecto y de las bases de diseño.
En SDC Verifier, se ofrecen comprobaciones de uniones tubulares conforme a la norma API RP 2A-LRFD (1.ª ed., 1993), las conexiones de la norma ISO 19902 (1.ª edición, 2007) y las conexiones de la norma NORSOK N-004 (Rev. 3, 2013).
En este artículo se describe el procedimiento de cálculo conforme a las normas sobre uniones y se explica la lógica técnica que subyace a la verificación de uniones tubulares, así como la secuencia práctica para llevar a cabo las comprobaciones. En todos los programas generales de análisis por elementos finitos (Ansys, Simcenter 3D, Femap), el procedimiento de cálculo para la comprobación de un ensamblaje es el mismo, por lo que SDC Verifier ofrece una solución para todas estas aplicaciones de software.
En cuanto al flujo de trabajo completo del software, la implementación actual se describe en el tutorial «Conexiones» de la norma ISO 19902 para SDC Verifier 2026 R1, donde se incluyen la configuración del «Connection Finder», la clasificación de las conexiones, las entradas estándar, las tablas de utilización y los gráficos de criterios.
Requisitos generales y nomenclatura
Una unión tubular uniplanar simple en SDC Verifier se representa mediante la siguiente conexión:
Se utiliza la siguiente terminología:
Junta: nodo en el que se conectan dos o más elementos inclinados;
Conexión – un conjunto de elementos del mismo plano alrededor de un nodo de unión (o de múltiples uniones en caso de mallas diminutas);
Cordón: conjunto de elementos no soldados que forman una línea recta (normalmente de mayor diámetro);
Tirante – un elemento soldado a un cordón;
Para la verificación de uniones tubulares, es necesario establecer la geometría de la unión y la función de cada tirante antes de evaluar el cumplimiento de la normativa. En particular, la geometría definida debe estar comprendida en el ámbito de aplicación de la norma de uniones seleccionada.
Cada riostra tubular debe clasificarse según la carga y la geometría de la junta de conexión:
K – la fuerza se equilibra entre otros tirantes de la conexión del mismo lado del cordón;
T&Y – una fuerza de la riostra está actuando como una fuerza cortante en un cordón;
Cruz – la fuerza se equilibra entre los tirantes del otro lado del cordón.
La clasificación de las abrazaderas puede ser una mezcla de los tres tipos anteriores.
Esta clasificación es importante porque las ecuaciones y los factores de resistencia aplicables dependen de la forma en que se transmiten las cargas a través de la unión. En el flujo de trabajo de la norma ISO 19902, por ejemplo, la herramienta «Connection Finder» identifica la configuración de los cordones y tirantes soportados, y el cálculo utiliza la geometría de la unión resultante y la información sobre las cargas.
Las riostras tubulares se comprueban con cargas de flexión axial, en el plano y fuera del plano, ya que otros tipos de carga de las riostras (torsión y cizalladura) no provocan flexión en un muro cordal.
Solución SDC Verifier para la comprobación de juntas tubulares
La comprobación de una unión tubular comienza con el modelo de análisis por elementos finitos (FEA) y sigue una secuencia de ingeniería definida:
Reconozca la relación.
Compruebe la geometría y la clasificación de los refuerzos.
Defina la norma y los datos que se requieren para su aplicación.
Evalúe los factores de utilización determinantes.
Revise las uniones críticas y los casos de carga.
Documente los resultados en tablas, gráficos e informes.
SDC Verifier facilita este flujo de trabajo al reconocer automáticamente la geometría de las uniones compatibles y extraer los parámetros de cuerda y tirante exigidos por la norma seleccionada. En el caso de las uniones según la norma ISO 19902, Connection Finder identifica las uniones tubulares compatibles y proporciona la geometría necesaria para la comprobación posterior.
Connection Finder es una herramienta de reconocimiento más amplia, capaz de identificar diferentes tipos de componentes estructurales y geometrías. Sin embargo, el mero hecho de que se reconozca una conexión no implica que todas las conexiones detectadas sean aptas para la verificación específica de uniones tubulares según la norma ISO 19902. La geometría reconocida debe cumplir los requisitos y el ámbito de validez de la norma seleccionada.
En lo que respecta a la aplicación de la norma ISO 19902, esta define los intervalos de validez para parámetros tales como β, γ, el ángulo de conexión, τ, la resistencia del material y las condiciones del espacio libre. Por lo tanto, estos parámetros deben revisarse tras la validación y antes de basarse en los factores de utilización calculados.
Entrada de carga
En lugar de describir todos los conjuntos de cargas directamente en el software de análisis por elementos finitos (FEA), SDC Verifier agiliza el proceso de cálculo utilizando casos de carga base (o cargas individuales) directamente, los combina en conjuntos de cargas (combinación lineal de dichos casos base) y emplea grupos de cargas para obtener la situación más desfavorable de todos los casos de carga en una sola imagen. De este modo, todos los datos necesarios escenarios de cargaLo establecido en la norma puede tenerse en cuenta fácilmente sin necesidad de realizar esfuerzos adicionales.
En la evaluación de un empalme tubular, el objetivo no consiste simplemente en calcular un único factor de utilización para un único caso de carga. Deben incluirse los escenarios de carga pertinentes, de modo que pueda identificarse la combinación determinante para cada unión y arriostramiento.
En el siguiente ejemplo se utilizará un modelo de cubierta cargado con viento y olas a 0°, 45°, 90° y 135° respecto a la dirección X global y las siguientes combinaciones de carga:
Dado que la estructura es simétrica y el área bajo la carga es igual en direcciones opuestas, los resultados de las cargas iniciales de viento/oleaje pueden transformarse utilizando el factor opuesto -1 (por ejemplo, combinaciones de 180° a 315°).
Todos los conjuntos de cargas se combinan en un único grupo de cargas.
Visión general de las conexiones
Una vez preparados el modelo FEA y los escenarios de carga, se puede utilizar Connection Finder para reconocer las uniones tubulares del modelo. Los resultados del reconocimiento proporcionan una tabla de uniones en la que el ingeniero puede revisar las uniones, los cordones, los tirantes y la información geométrica pertinente detectados.
Se debe revisar la unión reconocida antes de realizar la comprobación final. En esta fase, el ingeniero confirma que la disposición de los cordones y los tirantes se corresponde con la unión física prevista y que dicha unión se ajusta al ámbito de aplicación de la norma seleccionada.
El flujo de trabajo de 2026 R1 también ofrece una vista previa de las cordas y los tirantes, lo que facilita la inspección de una unión concreta y la verificación de la geometría identificada por la herramienta de reconocimiento.
Siga el tutorial «Conexiones» de la norma ISO 19902 para conocer el flujo de trabajo completo de SDC Verifier 2026 R1, incluida la configuración de Connection Finder, las entradas estándar, las tablas de utilización y los gráficos de criterios.
Resultados de la inspección conjunta
A modo de ejemplo, se mostrará un cálculo de unas según la norma ISO 19902. Además, también deben verificarse los elementos de las uniones de las estructuras marítimas. Vea cómo SDC Verifier comprueba la resistencia de los elementos ante cargas axiales, de flexión, de corte e hidrostáticas, de conformidad con la norma ISO 19902
La implementación específica de la norma ISO 19902 «Conexiones» en SDC Verifier verifica la resistencia de las uniones tubulares de acuerdo con el capítulo 14 de la primera edición de la norma ISO 19902 (2007). Evalúa las cuerdas y los tirantes reconocidos en lo que respecta a la fuerza axial, la flexión en el plano, la flexión fuera del plano y su interacción.
Antes de ejecutar la comprobación, el ingeniero define los datos de entrada estándar y verifica los ajustes de resistencia aplicables. El flujo de trabajo 2026 R1 incluye ajustes para los factores de resistencia parciales utilizados en los cálculos de conexiones.
Una vez calculada la comprobación, SDC Verifier presenta los factores de utilización resultantes en una tabla específica. La tabla puede utilizarse para identificar las uniones y los tirantes con mayor utilización y, por lo tanto, establecer prioridades en la revisión técnica.
El coeficiente de utilización determinante debe evaluarse junto con la conexión, el tirante, el caso de carga o el grupo de cargas correspondientes, así como con los parámetros de cálculo. Un coeficiente de utilización elevado indica un resultado crítico; no obstante, el ingeniero debe revisar la geometría, la clasificación, la carga y los criterios de la norma aplicable antes de tomar una decisión de diseño.
En el caso de una carga distinta de la del grupo de cargas, es posible visualizar todos los parámetros de cálculo utilizados para calcular los coeficientes de utilización, así como representar gráficamente las fuerzas axiales originales y previstas, las dimensiones de holgura/solapamiento y la clasificación de los arriostramientos, con etiquetas para las uniones seleccionadas.
La visualización de la unión resulta especialmente útil para comprobar cómo se transmiten las fuerzas aplicadas a través de la misma. En el caso de la norma ISO 19902, el cálculo tiene en cuenta parámetros como el espacio libre, el solapamiento, los efectos de la fuerza en la cuerda y la clasificación de la unión a la hora de determinar la resistencia de la misma.
Los gráficos de criterios ofrecen otra forma de revisar los resultados calculados directamente en el modelo y relacionar los factores de utilización numéricos con la ubicación física y la geometría de la conexión.
Una vez identificadas las uniones críticas, el ingeniero puede examinar los resultados determinantes para todas las combinaciones de carga pertinentes y utilizar dichos resultados para tomar decisiones de diseño, realizar análisis adicionales o elaborar informes.
Esto hace que la secuencia de decisiones prácticas resulte sencilla: identificar la conexión → verificar su geometría y clasificación → definir las entradas estándar → evaluar la utilización → revisar las conexiones críticas → comunicar los resultados pertinentes.
Además de las tablas, también es posible obtener una vista previa de los resultados en su modelo FEM.
Los resultados también pueden incluirse en un informe de simulación, lo que permite documentar los datos de cálculo, los resultados y la información técnica pertinente en un formato trazable.
Conclusión
La verificación de unensamblaje tubular va más allá del simple cálculo de un factor de utilización. Para realizar una evaluación fiable, es necesario identificar correctamente la unión, verificar su geometría y la clasificación de los tirantes, definir los datos de entrada normalizados adecuados y revisar los resultados determinantes en el contexto de los escenarios de carga pertinentes.
SDC Verifier simplifica este proceso al integrar los resultados del análisis por elementos finitos (FEA) con el reconocimiento automatizado de uniones tubulares y las comprobaciones de uniones basadas en normas. Las implementaciones de uniones actuales incluyen la norma API RP 2A-LRFD (1.ª edición, 1993), las uniones de la norma ISO 19902 (1.ª edición, 2007) y las uniones de la norma NORSOK N-004 (Rev. 3, 2013).
