Calificación de una conexión rígida de una viga I y una columna tubular rellena de concreto bajo la acción de cargas dinámicas

Evaluating a steel beam’s rigid connection to a concrete filled tubular column when submitted to dynamic load

En el desarrollo de proyectos de ingeniería estructural que comprometen elementos de acero, cada día se hace más necesaria la posibilidad de emplear en la etapa de diseño conexiones precalificadas que garanticen el adecuado comportamiento requerido por los elementos estructurales, de acuerdo con el sistema estructural y las demandas sísmicas. Desafortunadamente, las entidades internacionales que suministran este tipo de información a nivel mundial, como FEMA, actualmente sólo cuentan con u-na serie limitada de conexiones precalificadas, dentro de las cuales no se encuentran incluidas las conexiones rígidas emperna-das de una viga I y una columna tubular rellena de concreto con placa extendida, práctica constructiva que recientemente ha ganado gran importancia en Colombia. El presente artículo describe los aspectos más sobresalientes del estudio del comportamiento de una conexión rígida de una viga I y una columna tubular rellena de concreto, materializada en seis modelos físicos con variación en la relación ancho-espesor (b/t) de las columnas, que se realizó en la Universidad Nacional de Colombia. La calificación contempla el desarrollo de modelos teóricos-matemáticos empleando el método de los elementos finitos mediante la aplicación Ansys v.10, para efectuar un análisis comparativo de los resultados teóricos con los obtenidos experimentalmente al realizar los ensayos cíclicos de carga para cada espécimen. Así mismo, se presentan las curvas de histéresis de los seis especímenes ensayados. Finalmente, se plantean varias conclusiones, entre otras, la validación del análisis por elementos finitos para estructuras con este tipo de conexión y la influencia de la variación en la relación ancho-espesor (b/t) de las columnas, y algunas recomendaciones de diseño que garanticen un comportamiento adecuado ante cargas dinámicas cuando se utilice el tipo de conexión estudiada.

Introducción

Durante las últimas décadas se ha observado un importante crecimiento del uso de diferentes sistemas estructurales de acero en el ámbito de la construcción en Colombia, gracias a las notables facilidades en la adquisición de la materia prima, la versatilidad de los productos y las ventajas que ofrece el acero durante las etapas de fabricación y montaje, que se reflejan en el ahorro considerable de tiempo y costos directos. Este  precedente ha generado inquietudes a nivel de la academia y de la investigación en lo que se refiere al desarrollo de nuevas metodologías de diseño y técnicas constructivas que se ajusten cada vez más a nuestro medio, recursos, necesidades y tecnología, que permitan garantizar el comportamiento eficiente de las estructuras ante solicitaciones sísmicas, aprovechando al máximo las ventajas del acero, como su alta resistencia, capacidad de disipación de energía, elasticidad y ductilidad.

La respuesta sísmica esperada de la estructura se logra con la aplicación y el cumplimiento de los requisitos y criterios básicos de diseño, muchos de ellos descritos en los códigos nacionales o internacionales, que incluyen  el diseño de los  miembros  principales  y sus conexiones. Dichos códigos, adicionalmente a la teoría tradicional, encuentran sus fundamentos en el estudio de las fallas que ocurren a nivel estructural durante eventos sísmicos severos.