Predicció de la fatiga de dissipadors d'energia elastoplàstics per a estructures sismorresistents
- Autores: Enrique Simon Madrenas
- Directores de la Tesis: Francesc Xavier Cahís Carola (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Girona ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco López Almansa (presid.), Cristina Barris Peña (secret.), Miquel Casals Casanova (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología por la Universidad de Girona
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Un terratrèmol introdueix una determinada quantitat d’energia en una estructura d’edificació, la qual conduirà a un estat de vibració més o menys acusat, segons sigui la quantitat d’energia introduïda (la intensitat del sisme) i les característiques dinàmiques de l’edifici, dependents fonamentalment del seu disseny. El disseny sísmic convencional accepta que aquesta energia es pugui transformar en treball de deformació plàstic en zones especialment dissenyades dins de l’estructura, sempre i quan es minimitzi el risc de col·lapse i de pèrdua de vides humanes. Aquest disseny permet, sota el concepte de ductilitat i redundància estructural, estructures més lleugeres i econòmiques, admetent danys irreparables en cas de sisme sever, els quals podrien conduir a l’enderroc de l’edifici.
El disseny sísmic avançat, desenvolupat al llarg de les quatre últimes dècades, busca formes d’evitar o reduir el dany estructural. Una de les formes de disseny sísmic avançat és el disseny amb dissipadors d’energia. Els dissipadors d’energia són elements passius, fàcilment substituïbles en cas de ser danyats, que permeten concentrar i dissipar, de forma estable i controlada, l’energia introduïda per l’acció sísmica si es distribueixen de forma adequada dins de l’estructura.
Els dissipadors d’energia elastoplàstics es basen en la plastificació d’un metall dúctil, habitualment d’un acer amb baix contingut amb carboni. La dissipació d’energia es produeix gràcies a cicles de deformació plàstica, la qual es produiria en règim estable fins que el material arribi al seu límit de fatiga. A aquesta fatiga amb deformació plàstica se l’anomena fatiga a baixos cicles, pel fet que el nombre de cicles que suporta seria molt inferior als esperats en cas de deformació elàstica.
En el disseny sísmic amb dissipadors elastoplàstics es fonamental disposar de models de fatiga a baixos cicles que permetin estimar la vida dels dissipadors en un escenari sísmic, o inclús durant tota la vida útil de l’edifici. Els millors models de fatiga per a avaluar la vida dels dissipadors són del tipus mixt. Aquests models combinen un paràmetre acumulatiu (que seria, fonamentalment energia dissipada, deformació plàstica acumulada o nombre de cicles) i un paràmetre que té en compte l’amplitud màxima de la deformació. Aquests models de fatiga, perquè siguin efectius, s’han d’ajustar experimentalment, considerant normalment tant el tipus d’acer com el tipus de dissipador i la seva geometria.
En la tesis present s’ha analitzat, en primer lloc, la bondat de diferents models de fatiga existents a partir de les dades experimentals obtingudes en dissipadors que plastifiquen a tallant i en dissipadors que plastifiquen en un estat uniaxial de tensions.
Dels resultats obtinguts s’han pogut formular dos nous models de fatiga a baixos cicles, amb caràcter generalista, els quals no dependrien ni del tipus de dissipador ni de la seva geometria. Aquests dos models, tipus mixt, han permès estimar la fallada a fatiga amb excel·lents resultats, i serien aplicables sota les següents condicions: i) el dissipador ha de plastificar en un estat uniaxial de tensions, ii) la distribució de les deformacions unitàries del material en la zona dissipativa han de les proporcionals a la deformació global del dissipador, iii) els dissipadors han de ser fabricats amb un acer de construcció amb baix contingut de carbó, iv) les zones dissipatives no han de tenir zones soldades o zones amb concentració de tensions.
Es considera que els dos models serien exportables a dissipadors per tallant, amb condicions similars abans esmentades.
