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Autor
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Filip Łukasik
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El objeto de este trabajo de fin de estudios es el análisis del diseño de vigas de acero con grandes aberturas en el alma. El trabajo consta de una parte de estudio y una parte de proyecto e investigación.
En la parte de estudio se presenta una revisión de la literatura y el estado actual del conocimiento en el ámbito de las vigas con aberturas. Se analizan la evolución y la aplicación de estos elementos, las formas típicas de las aberturas y los mecanismos de fallo locales característicos, incluido el mecanismo de Vierendeel y el pandeo del montante entre aberturas. Se recopilan los principios de diseño de refuerzos (cubrejuntas horizontales y verticales, anillos de rigidización), las limitaciones geométricas y un conjunto de procedimientos de dimensionamiento según la última generación de normas de los Eurocódigos: las normas EN 1993-1-13:2024 y EN 1993-1-14:2024.
En la parte de proyecto e investigación se llevaron a cabo ensayos experimentales de cuatro vigas de acero de perfil IPE300 con aberturas circulares. Los elementos se dividieron en dos pares de variantes: con separación ancha y reducida, ensayándose en cada par una viga sin refuerzos y otra con refuerzos de las aberturas en forma de casquillos de tubos de acero. Las vigas se cargaron en un esquema de flexión en tres puntos, registrando la fuerza, la flecha, la deformación en punto y el campo de deformaciones mediante el método DIC. Los resultados obtenidos se compararon con cálculos analíticos realizados conforme a la EN 1993-1-13 y con un análisis numérico mediante el método de los elementos finitos (GMNIA) realizado en el software Dlubal RFEM 6.
Los análisis realizados permitieron confirmar que la capacidad resistente de las vigas con aberturas depende principalmente de los mecanismos de fallo locales. Para las vigas con separación ancha, el mecanismo determinante fue la flexión de Vierendeel, mientras que para la separación reducida lo fueron los mecanismos relacionados con el montante entre aberturas. Se demostró que el refuerzo de anillo reduce eficazmente la concentración de tensiones en el borde de la abertura y aumenta la resistencia a la flexión de Vierendeel, haciendo que el comportamiento de la viga debilitada se asemeje al de un elemento de alma llena. Se obtuvo una buena concordancia de los resultados experimentales, analíticos y numéricos, tanto en términos de capacidad resistente como de modos de fallo, lo que confirma la validez de los procedimientos normativos contenidos en la EN 1993-1-13 para el diseño de este tipo de elementos.