Interpretación de modelos de cálculo estructural en términos de transformaciones geométricasaplicación al diseño de diques hidráulicos

Abstract

El cálculo de estructuras mediante el empleo de ordenadores es hoy un campo muy estudiado tanto por la empresa privada, para el desarrollo de nuevos programas comerciales, como por Universidades y Centros de Investigación, que abordan fundamentalmente sus aspectos teóricos. La mayor parte de estos estudios se centran en optimizar y mejorar los algoritmos de resolución, para proporcionar al ingeniero un nivel de solución más fiable. a la vez que se introducen opciones más complejas en el cálculo. Esto, añadido al rápido desarrollo de los ordenadores en las dos últimas décadas, ha hecho posible poner al alcance de cualquier ingeniero un nivel tecnológico, impensable hace tan solo veinte años. Sin embargo queda aun mucho por hacer y desarrollar, no sólo en el campo de los algoritmos de solución sino, sobre todo, en lo que rodea al aparato matemático del cálculo. Hoy por hoy, para que un ordenador sea capaz de resolver una estructura, es necesario que el ingeniero describa, en los términos adecuados para que la máquina pueda entenderlo, la geometría y el funcionamiento de dicha estructura. En la actualidad hay muchos programas que incorporan formas diferentes de introducir dicha estructura, e incluso programas únicamente diseñados para la descripción del modelo, independientemente de la aplicación empleada para su resolución. Estos programas o utilidades son muy variados, aunque en su mayor parte están enfocados a la materialización de piezas mecánicas, por lo que supone un esfuerzo considerable, por parte del ingeniero civil, el adaptarlos a sus necesidades. Una vez resuelta la estructura, empleando el método que sea más conveniente en cada caso, lo que el ingeniero obtiene es una serie de datos que debe interpretar en cada caso, analizar los rangos de fiabilidad, verificar si se cumplen las normas o códigos requeridos, y en muchos casos realizar una serie de cálculos adicionales antes de que se pueda considerar la estructura completamente diseñada (comprobación de armaduras del hormigón, estudios de pandeo o abolladura local análisis modal sismico. etc.) El objeto de esta tesis se centra en proporcionar al ingeniero las herramientas necesarias para el primer proceso del cálculo (realización del modelo) pero con un pensamiento siempre presente: las necesidades posteriores al cálculo. De esta manera, se pretende no sólo facilitar la creación geométrica del modelo. condiciones de contorno, generación de las cargas típicas para cada tipo de estructura. etc. si no también crear un modelo que ya desde un primer momento tenga presente cuáles serán las necesidades del ingeniero. Es decir, el modelo contemplará dónde va a ser necesario obtener resultados y el tipo de éstos, en que parte de la estructura pueden obtenerse resultados más groseros para acelerar el cálculo, qué tipos de análisis de comprobación van a ser necesarios, etc. Como objetivo secundario de la presente Tesis Doctoral, se desarrollarán, al mismo tiempo que las herramientas de generación del modelo, aquellas otras que el ingeniero necesitará después del cálculo, para obtener los resultados que empleará en el proceso de diseño o cálculo de la estructura: integración de tensiones para la obtención de esfuerzos, aplicación de normas de cálculo, obtención de cuantías de armado para el hormigón, etc. El estudio, y esta es su novedad, aborda el problema, en consecuencia, de una forma global: todo el proceso, que comienza con unos planos o simplemente con el esquema de la estructura, se desarrolla como una sucesión finita de transformaciones geométricas entre espacios matemáticos, que se definen y caracterizan en cada caso. hasta concluir contestando a dos preguntas fundamentales: ¿Es factible construir una estructura de estas características? ¿Qué armadura es necesario disponer y de qué forma? Con objeto de centrar el estudio que se realiza en esta tesis y sacarlo de los planteamientos teóricos en que se va desarrollando, éste se particulariza a un caso concreto de aplicación en la ingeniería hidráulica: el diseño y comprobación de diques.