Comportamiento de conectores de cortante tipo canal en sistemas de entrepiso conformados por viguetas en celosía, lámina colaborante y concreto reforzado

Abstract

El sistema de entrepiso conformado por viguetas en celosía, actuando en sección compuesta con la losa de concreto reforzado, se ha desarrollado e implementado con éxito en Estados Unidos desde 1928, gracias al Steel Joist Institute (SJI). Entidad encargada de suministrar las especificaciones y los manuales de diseño. Este sistema ha tenido una constante evolución dirigida a obtener estructuras cada vez más livianas, resistentes, pero sobre todo más seguras. Si bien el sistema ha evolucionado, actualmente de acuerdo con el Reglamento de Construcciones Sismo Resistente NSR- 10 el único tipo de conector de cortante que se puede usar integrado con lámina colaborante es el denominado conector de esparrago o espigo.

En Colombia, en la actualidad, se utilizan diferentes tipos de conectores de cortante para conformar la sección compuesta, entre ellos, el conector tipo canal integrado con la lámina colaborante, que resulta ser el de mayor uso empleado sobre vigas en celosía o vigas en alma llena sin embargo este tipo de conector aún no está aprobado por el Reglamento de Construcción Sismo Resistente NSR- 10 para usar sobre lamina colaborante.

En la actualidad, ya se han realizado diferentes estudios en Colombia para determinar la capacidad de los conectores de cortante tipo canal; actuando en sección compuesta; los estudios fueron realizados por el ingeniero Huertas (2013) en la Universidad Nacional de Colombia , quien estudió la posición media del conector de cortante sobre viguetas en alma llena. Posteriormente el Ingeniero Hoyos (2015) en la Universidad del Valle estudió las posiciones débil, media y fuerte del conector y por su parte el Ingeniero Marulanda (2017) en el Informe Ejecutivo N° 110.17 ACESCO estudió la posición media del conector de cortante también sobre viguetas en alma llena y por último El Ingeniero Rodríguez (2019) en la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito investigó sobre el comportamiento de los conectores tipo canal sobre viguetas en celosía, lamina colaborante y concreto; actuando el conector en la posición débil dentro del valle de la lámina colaborante para lo cual se realizaron 25 probetas con variables en la longitud y altura del conector, altura de la lámina colaborante y espesor de la losa de concreto, dichas probetas se sometieron al ensayo de corte directo. La presente investigación es complemento al trabajo realizado por el Ingeniero Raúl Rodríguez (2019) y consistió en: • Una primera etapa en la reestimación de la ecuación que propuso Raúl Rodríguez (2019) para el cálculo de la capacidad a corte de los conectores tipo canal y la posterior validación de los resultados empleando modelos de regresión no lineal, • Una segunda etapa, consistente en la verificación de los factores que afectan la capacidad del conector y sus efectos, • Una tercera etapa, consistente en la reestimación de la capacidad del conector a través de la modelación por elementos finitos utilizando el software ANSYS R2019.3 y • La cuarta y última etapa en la cual se realizó un análisis comparativo de los resultados de las etapas uno y tres. En los resultados de la reestimación de la ecuación de diseño, se obtuvo que los parámetros estimados en la ecuación desarrollada en la presente investigación dan resultados muy cercanos a los obtenidos en la ecuación propuesta por (Rodríguez, 2019).

Igualmente, se encontró que los factores que más afectan la capacidad del conector de cortante son la longitud del conector en los distintos niveles de la relación altura y ancho de la lámina colaborante y la longitud del conector a los distintos niveles del espesor de la losa; de tal manera que la mayor capacidad a corte del conector se obtiene cuando se dispone de la longitud del conector de 113 mm y a una altura de losa de 100 mm.

Por último, los resultados obtenidos por medio de la modelación de elementos finitos al contemplar el comportamiento elástico de los materiales, dan alejados de los resultados experimentales, obteniendo porcentajes de diferencia en el rango de 2 al 30 % aproximadamente, pero al realizar otros modelos empleando la no linealidad del acero y teniendo en cuenta la consideración de fricción concreto-acero se pudo obtener una disminución en la diferencia entre los resultados experimentales y los resultados de los modelos con elementos finitos.

The mezzanine system made up of lattice joists, acting in composite section with the reinforced concrete slab, has been successfully developed and implemented in the United States since 1928, thanks to the Steel Joist Institute (SJI). Entity responsible for supplying the specifications and design manuals. This system has had a constant evolution aimed at obtaining ever lighter, stronger, but above all safer structures. Although the system has evolved, currently according to the NSR-10 Earthquake Resistant Building Regulations the only type of shear connector that can be used integrated with a collaborating sheet is the so-called stud or spigot connector.

In Colombia, currently, different types of shear connectors are used to form the composite section, among them, the channel-type connector integrated with the collaborating sheet, which turns out to be the most widely used on truss girders or truss girders However, this type of connector is not yet approved by the NSR-10 Earthquake Resistant Construction Regulations for use on collaborating foil.

Currently, different studies have already been carried out in Colombia to determine the capacity of channel type shear connectors; acting in composite section; The studies were carried out by the engineer Huertas (2013) at the National University of Colombia, who studied the average position of the shear connector on joists in full core. Later, the Engineer Hoyos (2015) at the Universidad del Valle studied the weak, medium and strong positions of the connector, and for his part, the Engineer Marulanda (2017) in Executive Report No. 110.17 ACESCO studied the average position of the shear connector also on joists in a full soul and lastly, Engineer Rodríguez (2019) at the Colombian School of Engineering Julio Garavito investigated the behavior of channel connectors on lattice joists, collaborating sheet and concrete; acting the connector in the weak position within the valley of the collaborating sheet, for which 25 specimens were made with variables in the length and height of the connector, height of the contributing sheet and thickness of the concrete slab, these specimens were subjected to the test direct cut.

This research is a complement to the work carried out by the Engineer Raúl Rodríguez (2019) and consisted of: • A first stage in the re-estimation of the equation proposed by Raúl Rodríguez (2019) for calculating the shear capacity of channel-type connectors and the subsequent validation of the results using non-linear regression models, • A second stage, consisting of the verification of the factors that affect the capacity of the connector and its effects, • A third stage, consisting of the re-estimation of the connector capacity through finite element modeling using the ANSYS R2019.3 software and • The fourth and last stage in which a comparative analysis of the results of stages one and three was carried out. In the results of the re-estimation of the design equation, it was obtained that the parameters estimated in the equation developed in the present investigation give results very close to those obtained in the equation proposed by (Rodríguez, 2019).

Likewise, it was found that the factors that most affect the capacity of the shear connector are the length of the connector at the different levels of the height and width relation of the collaborating sheet and the length of the connector at the different levels of the thickness of the slab; in such a way that the greater capacity to cut of the connector is obtained when the length of the connector is available at 113 mm and at a slab height of 100 mm.

Finally, the results obtained by means of the finite element modeling when contemplating the elastic behavior of the materials, give away from the experimental results, obtaining percentages of difference in the range of 2 to 30% approximately, but when making other models using the non-linearity of the steel and taking into account the concrete-steel friction, a decrease in the difference between the experimental results and the results of the models with finite elements could be obtained.