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Estructura de Viga-Columna conectadas con Perno

Índice

    Estructura de Viga-Columna conectadas con Perno



    Autores:

    1. Antonio Aznar López 
    2. José I. Hernando García
    3. Jesús Ortiz Herrera
    4. Jaime Cervera Bravo

    Estructura de Viga-Columna conectadas con Perno: El diseño de unión propuesto en este trabajo consiste en una unión primaria, capaz de transmitir las solicitaciones desde las vigas de hormigón hasta los pilares metálicos. Cabe destacar que este diseño de unión es válido tanto para concreto armado  como para losas. Además, aporta numerosas ventajas respecto a las uniones habituales, entre las que se destaca la sencillez, la posibilidad de industrialización, la seguridad y la alta capacidad de transmisión de cortante, comparada con las uniones convencionales.



    Actualmente, el tipo de uniones que se utiliza en estructuras de edificación están formadas por perfiles metálicos UPN soldados en crucetas a los pilares. Esta tipología requiere una exhaustiva labor de control y supervisión, esenciales para poder asegurar los niveles de seguridad requeridos.



    Uniones de Vigas.






    Especificación de la Unión.

    Las uniones viga-pilar mediante pernos conectores deben estar compuestas por un mínimo de cuatro pernos para la transmisión del cortante. La dimensión de estos pernos no debe ser en  ningún caso menor de 16 mm de diámetro y 125 mm de longitud, para cumplir con los mínimos normativos europeos.

    La armadura horizontal Ah representada en la figura 1 ha sido diseñada principalmente para dotar a la unión de mayor resistencia frente al «fallo local» del concreto. Se trata de una rotura bien conocida en anclajes, que sucede en las situaciones en las cuales existe proximidad a un borde libre, y se produce por el agotamiento de la capacidad resistente del hormigón.
    La armadura A
    c que rodea a los pernos conectores en la figura 1 se destina a evitar el fallo por «arrancamiento». Ambos modos de rotura son habituales en anclajes de hormigón y se encuentran recogidos en la normativa.
    En esta unión los pernos conectores han sido destinados a transferir los esfuerzos de cortante desde la viga (o losa) hasta el pilar.
      






    Método de elementos finitos.





    Como se ha indicado previamente, el análisis numérico sobre el comportamiento mecánico de la unión se ha realizado mediante el programa comercial Ansys. El modelo se ha construido a partir de la simplificación de la unión representada en la figura 2.  



    El acero de los pernos ha sido modelizado mediante el elemento de Ansys Solid-285. Se trata de un elemento lineal, elástico e isótropo que ha sido definido con un módulo de elasticidad de Es = 210 GPa y un coeficiente de Poisson de v = 0,3 (fig. 2).  






    Ensayos experimentales.





    Se han ensayado en laboratorio cinco probetas de unión hasta la rotura. Los ensayos se han realizado en el Instituto de Ciencias de la Construcción (ICC) Eduardo Torroja, del CSIC.
    Dos de las probetas ensayadas (probetas A) han sido fabricadas conforme a la configuración, condiciones desfavorables y dimensiones utilizadas en los modelos analizados por MEF.
    En una de las dos probetas se utilizó una lámina de teflón en la superficie de contacto entre la viga de hormigón y el pilar de acero para reducir el efecto del rozamiento. Esta práctica se realiza con el fin de poder estimar la contribución que la  adherencia ejerce sobre la resistencia de la unión.
    Tres probetas adicionales (probetas B) de la unión han sido ensayadas. En este segundo grupo de probetas no se han introducido algunas de las condiciones desfavorables aplicadas en
     los diseños  anteriores con el propósito de obtener el comportamiento similar al de las estructuras en edificación.

    Las probetas B han sido fabricadas con pernos de mayor diámetro (16 mm), con unas armaduras Ah y Ac progresivamente superiores y B-2 y B-3 sin la lámina de teflón. En la probeta B-3 se ha embebido el pilar metálico en la viga para aproximarse más a la situación real que se produciría en una estructura de edificación. La tabla 1 resume las características de las probetas ensayadas. 





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