EN 1998
En el diseño habitual para cargas estáticas, el dimensionado para las conexiones en marcos de hormigón armado generalmente no es crítico y, por lo tanto, generalmente no es necesario. Sin embargo, las acciones sísmicas generan tensiones muy altas en el volumen limitado de los nudos, por lo que las conexiones viga-columna son de gran importancia para la seguridad sísmica de los marcos de hormigón armado.
Mecanismo de fallo
La ilustración a) de la siguiente figura muestra para un nudo interior de conexión viga-columna las fuerzas actuantes debido a la demanda sísmica.
Las ilustraciones b) y c) muestran para la zona del nudo el mecanismo de transferencia de carga cortante. Este se puede dividir en dos componentes. En el primer mecanismo b), el mecanismo de puntal de compresión, la fuerza de corte en la junta se concentra en un puntal diagonal de hormigón comprimido. La armadura transversal proporciona un confinamiento al hormigón, lo que permite una mayor deformabilidad del puntal, pero solo hasta alcanzar el límite elástico del acero. En el segundo mecanismo c), el mecanismo de celosía, la parte de la fuerza de corte que se debe a la tensión de adherencia a lo largo de la armadura longitudinal dentro de la zona del nudo está en equilibrio con un mecanismo de celosía que está compuesto por puntales de compresión de hormigón y armadura estribada vertical y horizontal en la zona del nudo. La capacidad de carga cortante resulta de la suma de los componentes de corte según estos dos mecanismos.
Nudos interiores y exteriores de conexión viga-columna
Dado que el comportamiento sísmico de las conexiones viga-columna está influenciado significativamente por su posición en el marco de hormigón armado espacial (tridimensional), es necesario distinguir entre los nudos internos y externos.
La imagen siguiente ilustra los tipos de nudos sísmicos.
Cálculo de la fuerza cortante horizontal Vjdh sobre el núcleo de hormigón del nodo
Cálculo requerido para DCH
Dentro de la conexión viga-columna ocurre un salto en el diagrama de momentos de las columnas. Por lo tanto, el núcleo de hormigón de la conexión está sometido a tensiones de corte muy altas. Este comportamiento se muestra en la imagen siguiente.
Para el cálculo de la fuerza cortante horizontal que actúa sobre el núcleo de la conexión entre vigas y columnas primarias, se deben considerar las condiciones más desfavorables bajo la acción sísmica. Esto significa, por ejemplo, que las capacidades de las vigas de la conexión deben combinarse con los valores más bajos de las fuerzas cortantes en los otros elementos del marco. La fuerza cortante horizontal aplicada Vjdh puede calcularse conforme EC8, 5.5.2.3 (1) a (3) con las siguientes fórmulas de cálculo.
- Para nudos internos según (5.22)
|
As1 |
Área de armadura longitudinal de viga de Viga 1 |
|
As2 |
Área de armadura longitudinal de viga de viga 2 |
|
VC |
Esfuerzo cortante del pilar por encima del nudo j en situación de proyecto sísmico |
|
yRd |
Coeficiente para considerar la sobre-resistencia; no debe ser inferior a 1,2 |
- Para nudos externos según (5.23)
|
As1 |
Área de armadura longitudinal de viga |
|
VC |
Cortante del pilar por encima del nudo j en la situación de cálculo sísmico |
|
yRd |
Coeficiente parcial para tener en cuenta la resistencia en exceso; no debe ser menor de 1,2 |
En el proceso de determinar la fuerza cortante horizontal Vjdh, deben revisarse todas las direcciones relevantes. Así, por ejemplo, la fuerza cortante en la dirección y de la columna se calcula tanto para la fuerza cortante horizontal positiva como negativa considerando los componentes de armadura correspondientes. El equilibrio de fuerzas en la dirección positiva y negativa de la fuerza cortante horizontal del nudo se muestra en la siguiente imagen (donde no se muestra la fuerza cortante de la columna).
Dimensionado
Se requiere una comprobación de la conexión según EC 8 para la clase de ductilidad DCH. Para ello, es necesario verificación de la sección transversal para la transferencia de compresión diagonal y tracción diagonal. Deben respetarse las reglas constructivas tanto para la clase de alta ductilidad (DCH) como para la clase de ductilidad media (DCM).
Verificación de la compresión diagonal
Verificación requerida para DCH
Se debe asegurar que la compresión diagonal que se genera en el nodo no exceda la resistencia a compresión del hormigón en presencia de tensiones de tracción transversales. La compresión diagonal resulta del mecanismo de puntal diagonal del nodo. La verificación puede realizarse mediante las siguientes ecuaciones resumidas. (EN 1998-1, 2013, Sección 5.5.3.3, (5.33))
|
bj |
Anchura de pilar compuesto |
|
Vjdh |
Fuerza cortante horizontal sobre el núcleo de hormigón |
|
|
Coeficiente de reducción debido a extensiones por tracción tangenciales |
|
|
Valor relativo de la fuerza en dirección de alzado en la situación de cálculo sísmico |
|
hjc |
Distancia entre las capas más externas de la armadura del pilar |
Ancho efectivo del nodo bj
El ancho efectivo del nodo bj puede calcularse con la ecuación descrita a continuación. (EN 1998-1, 2013, Sección 5.5.3.3, (5.34a) y (5.34b))
Para ello, es necesario determinar los anchos efectivos del nodo en ambas direcciones (y y z) de la columna al verificar ambos lados de la viga (+y y -y y +z y -z) del nodo.
Verificación de la tracción diagonal
Verificación requerida para DCH
Reglas de construcción
A tener en cuenta para DCM y DCH
Armadura de confinamiento horizontal La armadura de confinamiento horizontal en los nodos de las vigas y columnas primarias sometidas a carga sísmica no debe ser menor que la armadura de estribos en las regiones críticas de las columnas, es decir, el confinamiento debe realizarse a través del nodo.
Armadura longitudinal En cada lado debe disponerse al menos una barra vertical intermedia.