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En esta Tesis se determinan, a partir de modelos elastoplásticos no lineales, los parámetros de imperfección geométricos virtuales, para la determinación de la carga última de colapso de arcos metálicos de sección cajón utilizando modelos elásticos de análisis. Tanto la Norma DIN 18 800 como las RPM 95 españolas proponen este método de cálculo, pero los parámetros que recomiendan eluden su dependencia de las distintas variables que intervienen en el agotamiento de los arcos: esbeltez, límite elástico, clases de las secciones, tipo de cargas y relación flecha � luz. En el presente trabajo se realiza un análisis paramétrico de todas estas variables demostrando su importancia a la hora de definir las imperfecciones y poniendo de manifiesto la necesidad de corregir los recomendados por la normativa. En las conclusiones se proponen los valores que deben ser adoptados en casa caso.
Aunque los modernos medios de cálculo permiten a los proyectistas de grandes arcos realizar precisos análisis elastoplásticos en el ámbito de la no linealidad geométrica, toda la labor de dimensionado, y sus consiguientes tanteos, debe ser siempre efectuada con modelos elásticos, más sencillos y que consumen menos tiempo de análisis. De ahí la importancia de contar con herramientas, como el parámetro de imperfección, que posibilitan una notable aproximación a la realidad con un esfuerzo computacional mucho más reducido. Bajo este prisma, la Tesis pretende encuadrarse en el grupo de los trabajos de investigación de tipo paramétrico, destinados a buscar una utilidad inmediata para los proyectistas de estructuras y a corregir unas especificaciones poco adecuadas al fin que persiguen.
Por otra parte, la necesidad de obtener la carga de colapso del abanico de arco de los que se pretende obtener el parámetro de imperfección ha obligado a su cálculo dada la ausencia de bibliografía al respecto. Esto ha implicado un esfuerzo añadido en la creación de un modelo de elementos finitos no lineal tanto desde el punto de vista geométrico como del material que calcule la carga de rotura de los arcos. Dado que el esfuerzo computacional es elevado en tiempo de cálculo, el carácter exhaustivo de los resultados obtenidos ha sido importante como aportación de datos que hasta hoy eran desconocidos, lo cual le otorga un valor añadido a la presente Tesis.
A su vez, conviene destacar el tono y el lenguaje empleados en la redacción de este documento. Cada obra debe ser hija de su autor y reflejar su manera de pensar, aún corriendo el riesgo de abandonar los estereotipos en los que suelen encuadrarse. En ese sentido, con estas páginas, se ha pretendido redactar un documento básicamente didáctico, aun a costa de parecer, en ocasiones, simple y obvio a los expertos que lo lean. Pero las Tesis deben cumplir también un papel importante docente y discente de las universidades, así como a los profesionales que trabajan en los campos de aplicación de las mismas. Por eso, aún pudiendo haber eludido una parte de lo que se explica a continuación, y haber elevado el nivel del lenguaje académico de la Tesis, se ha preferido acercarlo al lector no especializado en arcos, toda vez que se trata de un elemento estructural casi abandonado en los programas docentes de las diferentes Escuelas.
Así la Tesis comienza con un capítulo que incluye un breve bosquejo sobre el papel estructural de los arcos, haciendo hincapié en los puentes, que es la obra donde, por sus dimensiones, tiene la razón de ser este trabajo. Mucho de lo que en él se cuenta puede resultar obvio al experto pero, a juicio de la doctoranda, sirve de introducción didáctica.
En el segundo capítulo se describe el objetivo de la Tesis, mientras que es en el tercero donde se comenta la bibliografía utilizada y se realiza un estado del arte de las publicaciones sobre arcos.
El cuarto capítulo está dedicado al estudio del comportamiento estructural del arco aislado. En él se realiza una parametrización de sus principales variables y se determinan los esfuerzos elásticos, lineales y no lineales, que aparecen en función de sus características.
La estabilidad de arcos aislados y de los que constituyen puentes, asociados a tableros, ocupa el capítulo quinto. En él se realiza una síntesis del conocimiento teórico del pandeo de arcos, así como una parametrización del fenómeno de la inestabilidad a partir del método de los elementos finitos.
El capítulo sexto se ocupa de la determinación de la carga última de colapso, tanto con la formulación de métodos elastoplásticos como con el empleo de análisis elásticos y tabulaciones o normativas. Se ha eludido la programación de un elemento finito ad hoc y se ha empleado el programa comercial ANSYS que cumple las especificaciones para la realización del modelo. Esta Tesis se centra en el análisis del comportamiento estructural y sus aplicaciones prácticas y no se encuadra dentro de las dedicadas a formulaciones de métodos numéricos, más propias de la década de los ochenta.
En el séptimo, se comprueba la validez del método de trabajo propugnado en la presente Tesis, aplicándolo a los casos ya conocidos de la pieza recta. Se determinan las cargas de agotamiento y los parámetros de imperfección de una serie de columnas de sección cajón y se verifica que los resultados obtenidos coinciden con los reales y los propuestos por la Normativa.
El Capítulo Octavo encierra el auténtico trabajo que aporta la Tesis. En él se recoge el elevado número de cálculos realizados con todo tipos de arcos aislados, para determinar sus cargas de colapso y sus parámetros de imperfección. Se analiza la influencia de la forma del arco, sustentación, esbeltez, tamaño y clases de secciones, patrón de cargas, límite elástico y autotensiones. Por último, se propone una formulación para la definición del parámetro de imperfección y se aplica a arcos con tablero, superior e inferior, determinando así el comportamiento paramétrico de estas estructuras más complejas.
El capítulo nueve está dedicado a las conclusiones, la propuesta de normativa y los agradecimientos.
La Tesis se cierra con tres anejos correspondientes a las tablas y gráficos de los cálculos realizados en los capítulos cuarto, quinto y octavo. |
