As unións entre vigas e piares son elementos fundamentais nas estruturas metálicas, xa que condicionan a forma en que se transmiten os esforzos e a resposta global de edificios, naves industriais e outras infraestruturas de aceiro. Comprender mellor o seu comportamento e dispoñer de ferramentas de cálculo máis precisas segue a ser un dos grandes retos da enxeñaría estrutural actual.
O equipo do Laboratorio de Análise Estrutural do Centro en Tecnoloxías Navais e Industriais (CITENI) da Universidade da Coruña (UDC) presenta un novo modelo de cálculo para analizar o comportamento dunha tipoloxía de unión metálica baseada no uso de parafusos longos ou pasantes que atravesan o elemento estrutural. O traballo foi desenvolvido polo investigador Manuel López, xunto con Alfonso Loureiro, Ruth M. Gutiérrez e José M. Reinosa e os resultados publicáronse na revista Steel and Composite Structures especializada en enxeñaría estrutural.
Unha alternativa aos reforzos tradicionais
A solución estudada preséntase como unha alternativa aos chamados rixidizadores soldados, que son pezas adicionais que se incorporan ás unións de aceiro para reforzalas e limitar as deformacións da conexión. O emprego de parafusos pasantes, ademais de incrementar a rixidez e a capacidade de resistencia da conexión, permite simplificar o proceso construtivo e reducir custos de fabricación e montaxe. Desde o punto de vista ambiental, esta configuración facilita a desmontaxe das estruturas e a reutilización dos seus compoñentes ao final da súa vida útil, en liña cos principios do deseño para a deconstrución e a economía circular.
Unha zona clave no comportamento da unión
A investigación céntrase na denominada zona de tracción do piar, a parte do perfil que tende a estirarse cando a unión soporta carga e que ten unha influencia clave no comportamento global da conexión. Para analizala, o equipo desenvolveu un modelo mecánico baseado no método dos compoñentes, amplamente utilizado na normativa europea de estruturas de aceiro. Este sistema permite estimar de forma simplificada a rixidez da unión a partir da combinación de tres achegas: o comportamento dos parafusos en tracción, a flexión da á do piar (é dicir, da parte horizontal do perfil metálico, en forma de H ou I), e a deformación da alma do perfil (a parte central que conecta as dúas ás verticalmente).
Ensaios experimentais e simulación avanzada
Para validar a formulación proposta realizáronse seis ensaios experimentais sobre probetas que reproducen o comportamento desta zona da unión. Nestes experimentos rexistráronse curvas de carga e deformación que permiten caracterizar a resposta estrutural do sistema. Os resultados complementáronse con modelos numéricos de elementos finitos, desenvolvidos e calibrados a partir dos datos experimentais, que reproducen con alta precisión o comportamento observado no laboratorio. O estudo mostra ademais que os parafusos pasantes absorben a maior parte dos esforzos transmitidos pola unión: chegan a soportar de media arredor do 84% da carga total.
Os resultados obtidos achegan unha ferramenta útil para deseñar unións metálicas máis eficientes e predicibles, o que ampliará as opcións dispoñibles para a práctica profesional da enxeñaría estrutural. Ao mesmo tempo, contribúen a avanzar cara a estruturas máis sostibles, ao reducir a dependencia de solucións soldadas permanentes e favorecer a reutilización dos elementos estruturais.
Referencia: Mechanical model for stiffness calculation of the column tension zone in double-sided joints assembled with long bolts (Publicado en Steel and Composite Structures)
