Aportaciones al estudio del comportamiento a flexión de estructuras de acero inoxidable

L'acer inoxidable esta essent utilitzat de manera creixent en els ultims anys als sectors de la industria i de l'arquitectura gracies a la seva resistencia a la corrosio, facilitat de manteniment i aparenca agradable. Pero, la seva utilitzacio com a material resistent s'ha limitat durant anys a causa, entre d'altres, de la falta d'especificacions de disseny que fomentin i facilitin l'us de l'acer inoxidable en aquesta situacio. Aquesta limitacio ha inspirat a investigadors de tot el mon a estudiar el comportament del material acer inoxidable i desenvolupar noves expressions de disseny per tal d'explotar de manera optima les propietats del material en aplicacions resistents. L'objectiu principal d'aquest treball es contribuir al progres del coneixement de l'hacer inoxidable com a material estructural, analitzant el comportament en servei i l'evolucio fins al col·lapse d'estructures d'acer inoxidable treballant fonamentalment a flexio. Aquest objectiu principal queda pales en forma de possibles pautes d'actuacio i d'expressions de disseny que permetin dimensionar les estructures d'una manera eficient. El treball es centra en l'estudi del comportament de peces d'acer inoxidable sotmeses a flexio, ja que una de les funcions principals que pot exigir-se a l'acer inoxidable es la de treballar com a material estructural en peces flectades. L'estudi s'ha enfocat, per un costat, cap al calcul de fletxes i les corresponents verificacions front l'estat limit de deformabilitat i, per altra banda, cap a l'estudi del comportament en estat limit ultim de tallant i la determinacio d'un mecanisme resistent que consideri les peculiaritats del material acer inoxidable. S'han realitzat dues campanyes experimentals sobre elements estructurals d'acer inoxidable en les que s'ha caracteritzat el comportament real del material utilitzat a cada assaig i s'han instrumentat les bigues per poder mesurar les fletxes i les deformacions que es produeixen en diferents punts de les estructures assajades durant els processos d'aplicacio de carrega. La utilitzacio d'un model numeric basat en el metode dels elements finits ha servit per proporcionar un millor coneixement sobre els fenomens estudiats i poder optimitzar la instrumentacio utilitzada durant els assaigs. El model numeric te en comte l'equacio constitutiva real del material, determinada experimentalment, de manera que es poden simular els assaigs i comparar els resultats numerics i experimentals. Un cop validat el model numeric s'utilitza de manera sistematica per generar una base de dades suficientment amplia sobre la que establir noves expressions de disseny. La informacio proporcionada per la instrumentacio en les bigues assajades ha permes observar el comportament no lineal de l'acer inoxidable i assolir una serie de conclusions relatives al dimensionament d'aquest tipus d'estructures. Els resultats experimentals han permes observar tambe que les actuals expressions de dimensionament de les normatives per estructures d'acer inoxidable son molt conservadores. Un cop finalitzades les campanyes experimentals i la modelitzacio dels assaigs mitjancant la utilitzacio del model numeric s'ha dut a terme un analisi detallat dels resultats i un estudi del comportament de les estructures assajades, arribant a les seguents conclusions generals. La no linealitat de la relacio tensio-deformacio del material complica el calcul precis de fletxes en elements d'acer inoxidable ja que, en general, sera necessari recorrer a l'us d'eines d'analisi no lineal que dificulten el disseny. El calcul de fletxes mitjancant la utilitzacio d'un unic valor del modul d'elasticitat secant per tot l'element proposat a Eurocodi 3, Part 1-4 (1996) tendeix a sobreestimar les fletxes, portant a dimensionaments conservadors en al estat limit de deformacions. Es proposa una metodologia de calcul de fletxes considerant la no linealitat del material, la qual es basa en una expressio analitica que permet obtenir el diagrama moment-curvatura d'una seccio transversal d'acer inoxidable. Tambe s'ha obtingut una expressio del modul d'elasticitat equivalent, representatiu del comportament global de la biga, de manera que a partir d'aquest valor i utilitzant les expressions habituals de calcul lineal, es pot determinar la fletxa maxima en bigues d'acer inoxidable amb suficient precisio. Per el dimensionament a tallant de bigues d'acer inoxidable es necessari tenir en comte els aspectes diferencials que introdueix la no linealitat del diagrama tensio-deformacio de l'hacer inoxidable respecte l'acer al carboni. En acer inoxidable, l'abonyegament apareix sempre dins del regim no lineal del material i el comportament postcritic esta igualment afectat per aquesta no linealitat, provocant una perdua de capacitat resistent. Els estudis realitzats en aquest camp han conduit a l'elaboracio de noves expressions de disseny per a la determinacio de carregues critiques inicials en xapes d'acer inoxidable. Tanmateix es proposa un metode de dimensionament de bigues armades d'acer inoxidable sotmeses a tallant basat en el metode del camp diagonal de traccions per acer al carboni. Finalment es plantegen, resultants de la propia evolucio del coneixement sobre el tema d'estudi durant el periode d'experimentacio i analisi, futures linies de treball en el camp del comportament a flexio de les estructures d'acer inoxidable.