Comportamiento de conectores de cortante tipo tornillo de resistencia grado dos para un sistema de sección compuesta

Grade-two resistance screw shear connector behaviour for a composite section system

En Colombia, desde hace muchos años, uno de los tipos de conectores de cortante más usados son los tornillos, pero en la actualidad no existe ninguna metodología de diseño que justifique su uso en elementos de sección compuesta, y la normatividad vigente indica que hay que realizar ensayos de los elementos que se pretendan emplear como conectores. Junto con los habituales detalles para diseño a flexión, y cortante vertical, es necesario especificar el diseño para el cortante horizontal generado en la interfase de la sección compuesta, y más aún, ajustar el diseño para las condiciones locales de construcción colombiana. Con esta finalidad se desarrolló un estudio en el cual se analizan los diversos efectos producidos en las secciones compuestas cuando se emplean tornillos como conectores de cortante. En esta investigación se estudiaron 18 modelos de sección compuesta fabricadas con perfiles de alma llena y losas de concreto de 21 MPa, en las cuales se manejaron configuraciones de 1, 2 ó 3 conectores de cortante tipo tornillo con diámetros de 1/2”, 5/8” ó 3/4"; y para separaciones de 0.08 m, 0.12 m o 0.14 m, por cada modelo se ensayaron tres probetas ante solicitación de corte directo (push-out). De acuerdo con los resultados obtenidos en laboratorio, se efectuó el análisis correspondiente, evaluando la incidencia del diámetro y la separación de los conectores, en el comportamiento de los modelos, para posteriormente plantear una formulación de su diseño en secciones compuestas. Paralelamente, se analiza un modelo de los ensayados por medio de un programa que emplea el método de los elementos finitos, con el cual se pretende revisar en detalle aspectos poco apreciables en los ensayos físicos, entre ellos la degradación del concreto en la interfaz de la sección.

Introducción

En el ámbito de la construcción colombiana, desde hace muchos años uno de los tipos de conectores de cortante más empleados corresponde a los tornillos, pero en la actualidad no existe ninguna metodología de diseño que justifique su uso en elementos de sección compuesta, debido a que en la mayoría de investigaciones desarrolladas se emplean canales y espigos como conectores.  En  AISC-LRFD⁴  y  en  NSR-98⁵  F2-9-5  se  expone  el  plantea-miento de diseño solamente para conectores tipos canal y espigo, y además se establece que al emplear otro tipo de conectores a los que hacen referencia es necesario efectuar los ensayos de los materiales apropiados para determinar sus respectivas  resistencias  nominales  que  sustenten  un  procedimiento de diseño. En este trabajo se presenta la síntesis del estudio realizado a probetas fabricadas con perfiles de alma llena y losas de concreto  de  21  MPa⁶,  en  las  cuales  se  emplearon  configuraciones de 1, 2 ó 3 conectores de cortante tipo tornillo con diámetros  1/2”⁷,  5/8”  o  3/4";  y  para  separaciones  de  0.08  m,  0.12  m  ó  0.14  m,  ante  solicitaciones  de  corte  directo  empleando la metodología del ensayo push-out.