Integridad estructural de vigas roblonadas de acero estructural antiguo

Abstract

Son numerosas las estructuras construidas con hierro pudelado o acero forjado durante el siglo XIX y principios del XX que todavía permanecen en uso. Las cargas actuales y los daños existentes hacen necesarias evaluaciones de integridad estructural para extender su vida útil, adaptar su uso y establecer programas de vigilancia y mantenimiento. Los análisis de este tipo realizados hasta ahora son recientes y consideran que el componente dañado de un elemento estructural roblonada no interacciona con el resto, a pesar de que las uniones roblonadas son el vehículo de este interacción. Esta tesis presenta una metodología para la evaluación de la integridad estructural de vigas roblonadas antiguas que tiene en cuenta la interacción entre componentes. Una de sus contribuciones es el desarrollo de un método analítico para el cálculo del factor de intensidad de tensiones en vigas común componente fisurado. La determinación de este factor permite la aplicación de criteros de rotura frágil y la prediccióp de la vida a fatiga. Los valores que resultan muestran diferencias sutanciales cuando no se tiene en cuenta la interación ente componentes. Las diferencias tienen especial repercusión en las predicciones de vida a fatiga, y ponen de relive que las fuerzas transmitidas por las uniones roblonadas a causa de la interacción alcanzan concentraciones capaces de provocar el fallo de las uniones anticipándose a la fractura del componente fisurado. La bibliografía estudiada no es concluyente en cuanto a la fragilidad del acero forjado y del hierro pudelado empleados en la construción de las vigas roblonadas antiguas, ni tampoco en cuanto a su contribución a la resistencia de uniones roblonadas. Debido a ello la tesis incluye un capítulo experimental dedicado a dos materiales prcedentes de puentes metálicos españoles antiguos. La finalidad de este trabajo experimental es determinar la resistencia de los dos materiales al aplastamiento de uniones roblonadas y medir su tencidad de fractura, para comporbar además si basta aplicar el criterio de rotura frágil en los análisis de integridad esturctural o si es necesario recurrir a criterios de rotura dúctil. Aunque la escasez de muestra de material disponible ha condicionado seriamente el programa de ensayos, no sólo ha sido posible satisfacer las expectativas sino que los dos materiales han podido ser caracterizado química, microestructural y mecánicamente. Los resultados de los ensayos han proporcionado los valores de capacidad resistencia necesarios para formular los criterios de fallo debido al desgarramiento dúctil de la fisura y de fallo debido al colapso de las uniones roblonadas (cizallamiento de roblones, agotamiento de secciones netas y aplastamiento de taladors). Los valores correspondientes al nivel de solicitación han sido obtenidos numéricamente mediante modelos elastoplásticos de elementos finotos de la viga completa. Los componentes libres de daño, el componente fisurado y las uniones roblonadas. Con estos modelos e han determinado la integral J de la viga roblonada y las fuerzas tansmitidas por las uniones roblonadas en función del tamaño de fisura y del nivel de solicitación. El elevado coste computacional de estas determinaciones numéricas ha motivado la búsqueda de procedimientos alternatiovos, habiéndose explorado con buenos resultados el método de estimación de la integral J propuesto por EPRI (Electric Power Research Institute). Finalmente, con los criterios formulados para los distintos de fallo posibles se ha construido un diagrama de integridad estructural que confirma la posibilidad de que el fallo de las uniones roblonadas se anticipe a la rotura del componente fisurado. La comparación de este diagrama con el que resulta de aplicar únicamente el criterio de fractura del componente fisurado sin considerar el efecto de las fuerzas de interacción con los componentes restantes ha permitido constatar el excesivo conservadurismo que puede aparejado este procedimiento.