Diseño óptimo de pórticos poligonales de acero. Estudio de la unión del quiebro por el método de los elementos finitos.
- Autores: Pablo Antonio Morales Rodríguez
- Directores de la Tesis: Jesús Antonio López Perales (dir. tes.), María del Carmen Serna Moreno (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José López Cela (presid.), Justo García Navarro (secret.), Miguel Angel Garcimartín Molina (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Ciencia e Ingeniería Agrarias
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUIdeRA
- Resumen
El ahorro de recursos es esencial en naves o edificios con grandes superficies. Por ejemplo, es deseable minimizar el coste de los materiales y facilitar su montaje. El diseño va a depender de la complejidad y alternativas de la estructura, de las técnicas de análisis, así como de la experiencia y habilidad del proyectista. El estudio que aquí se presenta se centra en los pórticos poligonales (tipo mansarda), determinando la posición donde deben quebrarse las vigas (unión del quiebro) para que disminuyan los momentos flectores y esfuerzos cortantes y prevalezcan los esfuerzos axiles de compresión. De este modo se obtienen estructuras de menor peso y por consiguiente un ahorro de acero. El dintel del pórtico se ajusta a las proporciones de la parábola buscando el mínimo coste de superficie cubierta mediante cuatro vigas, formando un arco de tramos rectos. En este tipo de estructura la posición del quiebro no suele partir como condicionante de diseño definido como puede ser la luz, la pendiente o la altura de los pilares, pero es tan determinante que influye directamente sobre el trabajo de flexocompresión que realiza el dintel y la dimensión de los perfiles. En este trabajo se ha sintetizado un conjunto de recomendaciones que facilitan el diseño y predimensionamiento de este tipo de estructura hiperestática, así como el detalle de cálculo de las acciones que inciden sobre esta. Como referencia se emplea el pórtico a dos aguas y se compara con el poligonal en relación al peso. Junto con los diferentes condicionantes de diseño, se recogen unas reflexiones sobre la estética de la línea quebrada que define el pórtico mansarda, que en multitud de ocasiones será definitiva para elegir una opción entre varias semejantes. El diseño óptimo de pórticos poligonales conlleva la unión característica entre vigas inclinadas de distintas dimensiones que se unen mediante placas de testa. Las uniones cobran especial relevancia en cualquier estructura metálica. Toda unión se puede definir por naturaleza como una composición entre elementos que se incorporan entre sí creando una discontinuidad, constituyendo puntos singulares que merecen una atención exclusiva en el conjunto de la estructura. Como punto crítico que es, se realiza el estudio de tensiones de la unión del quiebro mediante el Método de los Elementos Finitos (M.E.F). Mediante este procedimiento se puede analizar el comportamiento de la unión de un modo virtual, ofreciendo la posibilidad de optimizar la posición de entrada de las vigas con el objetivo de disminuir las tensiones máximas. Los estudios analítico y numérico concuerdan, describiendo el mismo comportamiento en las uniones analizadas, pudiéndose cualificar la concentración de tensiones. Gracias a esto, se establecen una serie de conclusiones que se pueden incorporar a la práctica constructiva para mejorar la transmisión de las cargas en las uniones y por tanto mejorar el diseño de estructuras de acero conllevando un menor riesgo de fallo estructural.
