No linealidades térmicas y estructurales en ingeniería de la construcción

Abstract

El uso de simulación numérica como son el Método de los Elementos Finitos es una herramienta muy versátil y robusta para resolver problemas de ingeniería. El Método de los Elementos Finitos (FEM o MEF) requiere un elevado conocimiento tanto del problema, como del planteamiento teórico del mismo. Asimismo, tanto el planteamiento numérico como su resolución son en muchas ocasiones difíciles de abordad. El autor de esta Tesis ha utilizado el método de elementos finitos desde hace muchos años y con ellos, ha podido introducirse en el mercado con un importante know-how que lo diferencia respecto a su competencia. La relación entre el problema de ingeniería que se debe resolver y su simulación numérica, la optimización del modelo numérico para poder resolverlo con un coste computacional razonable, así como la validación de dichos modelos numéricos para su aplicación y utilización en la industria, son algunos de los principales objetivos del autor en su desarrollo profesional. A lo largo de los años, la resolución de problemas de ingeniería mediante modelos numéricos ha ido incluyendo no linealidades en sus planteamientos. Tanto es así, que actualmente para resolver la gran mayoría de los problemas de ingeniería es necesario considerar no linealidades de un tipo u otro e incluso, la combinación de varias de ellas. Las no linealidades, tal y como se entienden tradicionalmente suponen una complejidad adicional al cálculo un aspecto. Su consideración implica, en muchos casos, un mayor coste computacional, una mayor dificultad en la convergencia de la solución, etc. Prueba de esto, son las simplificaciones que se utilizan en el planteamiento de los sistemas que configuran edificios y construcciones en general. Si bien es cierto que las simplificaciones empleadas son acertadas y capaces de dar una solución del lado de la seguridad, también lo es que son consideraciones que distan de los comportamientos reales de las estructuras. Los sistemas estructuras reales no son estáticos ni poseen un comportamiento elástico, sin embargo los métodos de cálculo actuales emplean las hipótesis de la teoría estática. Hasta el momento, las no linealidades se contemplan únicamente de manera implícita en la normativa actual por medio de factores de seguridad, procedimientos específicos restringidos, etc. El planteamiento de sistemas no lineales y su resolución se evita en la medida de lo posible con el fin de evitar modelos cuya solución es de gran complejidad. En esta Tesis Doctoral se estudian modelos numéricos no lineales, considerando no linealidades de diferentes necesarias para resolver problemas de distinta naturaleza. Estos modelos no lineales fueron planteados como tal por necesidad. Esta Tesis Doctoral identifica la importancia de las no linealidades para resolver problemas reales de ingeniería y presenta las ventajas que tienen los planteamientos no lineales. La consideración de no linealidades no debe añadir complejidad ni dificultar las soluciones. Esta es la filosofía transmitida por el autor en esta Tesis Doctoral, en la que se presenta la resolución de problemas teniendo en cuenta las no linealidades que permiten simular fenómenos reales que tienen lugar en el sector de la Ingeniería de la Construcción. El objetivo principal es incluir las no linealidades en este tipo de problemas por necesidad, ya que la simplificación a comportamiento lineal resulta demasiado conservador y poco real. Asimismo, esta Tesis persigue mostrar algunas de las ventajas de la inclusión de estas no linealidades. La respuesta en la zona no lineal resulta más estable que en la zona lineal, y de ahí que las soluciones obtenidas con planteamientos no lineales resultan más versátiles y fiables. En resumen, esta Tesis Doctoral incluye, a través de artículos, seis ejemplos en los que fue necesario utilizar diferentes tipos de no linealidades para resolver problemas reales. Con ellos, se muestra cómo contemplar no linealidades en la resolución de problemas numéricos no dificulta el problema, sino que mejora su precisión y fiabilidad. Y finalmente, se concluye con que las no linealidades no son solamente necesarias sino que pueden llegar a aportar beneficios en las simulaciones numéricas, tales como robustez, fiabilidad y precisión, sin elevar en exceso los recursos consumidos. Finalmente el autor quiere agradecer al PLAN NACIONAL su apoyo y colaboración para la financiación del proyecto BIA2012-31609.