Estudio resistente de vigas de apeo de hormigón armado mediante elementos finitos 3D y mediante sistemas de bielas y tirantes

El estudio presentado en este trabajo tiene como objetivo evaluar el comportamiento de vigas de apeo, que por su geometría particular, se consideran regiones D, en las cuales se generan campos de tensiones complejos y no es aplicable la hipótesis de Navier-Bernoulli. Las regiones D se suelen dimensionar utilizando el Método de Bielas y Tirantes (B-T), pero que en este caso, dado el carácter tridimensional y la complejidad del comportamiento estructural, no es evidente el sistema de B-T a utilizar. Por ello se plantea la necesidad de un análisis más profundo, basado en el Método de los Elementos Finitos, MEF. En concreto se analiza un caso de un edificio real en el que los apeos realizados pueden dar lugar a estados tensionales excesivos. Dentro del análisis MEF se desarrollaron dos modelos 3D, uno en régimen lineal y otro no lineal, en los cuáles se evaluó paramétricamente la influencia del espaciamiento de las barras longitudinales en la difusión de tensiones de compresión y se verificó el posible aumento de las tensiones laterales en la viga debido a la presencia de una losa. Adicionalmente, el modelo no lineal, determinó que las armaduras longitudinal y transversal no plastifican y que el hormigón alcanza valores de εc =-0.0042$, superiores a la deformación última cuando se aplica el 74 de las cargas P y V3. Por otro lado, los resultados del análisis del MBT determinaron que la viga falla por rotura de la biela que une los pilares de apoyo y carga debido a su falta de capacidad resistente, hecho que se corrobora en el análisis del modelo no lineal del MEF. En consecuencia, este pilar requeriría un refuerzo, no tanto para aumentar su capacidad, sino para aumentar la sección de la biela interna en el apeo.The aim of this work is to evaluate the behavior of a shoring beam which, because of its particular geometry, represents a D region where complex stress fields are generated in it and the Navier-Bernoulli hypothesis is not applicable. D regions are usually dimensioned using the Strut and Tie Method (S-T), but in this case, since the three-dimensionality and complexity of the structural behavior is not obvious S-T system to use. For this reason, there is a need for a more in-depth analysis, based on the Finite Element Method, FEM. Specifically, a case of a real building is analyzed in which the shorings carried out can give rise to excessive stress states. Within the MEF analysis, two 3D models were developed, a linear and a non-linear model in which a parametric analysis were performed to determine the influence that the spacing of the longitudinal bars has on the diffusion of compression stress. Also, the possible increase of lateral compression stress on the beam due to the presence of a slab was verified. Additionally, the non-linear model determined that the longitudinal and transverse reinforcements do not plasticize and that the concrete reaches values of εc ==-0.0042$, higher than the ultimate deformation when are applied 74% of the loads P and V_{3}. On the other hand, results of the STM analysis determined that the beam fails due to breakage of the strut that joins the support and load pillars due to its lack of resistance capacity, a fact that is corroborated in the non-linear model analysis of the FEM. Consequently, this pillar would require a reinforcement, not so much to increase its capacity, but to increase the section of the internal strut in the shoring.L'estudi presentat en aquest treball té com a objectiu avaluar el comportament de bigues d'estintolament, que per la seva geometria particular, es consideren regions D, en les quals es generen camps de tensions complexos i no és aplicable la hipòtesi de Navier-Bernoulli. Les regions D es solen dimensionar utilitzant el Mètode de Bieles i Tirants (B-T), però que en aquest cas, atès el caràcter tridimensional i la complexitat del comportament estructural, no és evident el sistema de B-T a utilitzar. Per això es planteja la necessitat d'una anàlisi més profunda, basat en el Mètode dels Elements Finits, MEF. En concret s'analitza un cas d'un edifici real en què els estintolaments realitzats poden donar lloc a estats tensionals excessius. Dins de l'anàlisi MEF es van desenvolupar dos models 3D, un en règim lineal i un altre no lineal, en els quals es va avaluar paramètricament la influència de l'espaiament de les barres longitudinals en la difusió de tensions de compressió i es va verificar el possible augment de les tensions laterals a la biga causa de la presència d'una llosa. Addicionalment, el model no lineal, va determinar que les armadures longitudinal i transversal no plastifiquen i que el formigó arriba a valors de εc = -0.0042, superiors a la deformació última quan s'aplica el 74% de les càrregues P i V3. D'altra banda, els resultats de l'anàlisi de l'MBT van determinar que la biga falla per trencament de la biela que uneix els pilars de suport i càrrega a causa de la seva falta de capacitat resistent, fet que es corrobora en l'anàlisi de el model no lineal de l'MEF. En conseqüència, aquest pilar requeriria un reforç, no tant per augmentar la seva capacitat, sinó per augmentar la secció de la biela interna en l'estintolament