En el caso del diseño habitual para cargas estáticas, el dimensionamiento de las conexiones en los marcos de hormigón armado generalmente no es crítico y, por lo tanto, generalmente no se requiere. Sin embargo, las acciones sísmicas generan tensiones muy altas en el volumen limitado del nodo, por lo que las conexiones vigas-columnas son de gran importancia para la seguridad sísmica de los marcos de hormigón armado.
Mecanismo de fallo
La representación a) de la siguiente figura muestra las fuerzas actuantes sobre un nodo interno de conexión viga-columna bajo solicitación sísmica.
Las representaciones b) y c) muestran para el área del nodo 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 cortante de la junta se concentra en un puntal diagonal comprimido de concreto. La armadura transversal proporciona un confinamiento del concreto, 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 armadura de celosía, la parte de la fuerza cortante, que se debe a la tensión de adherencia a lo largo de la armadura longitudinal dentro del área del nodo, está en equilibrio con un mecanismo de celosía proporcionado por puntales de compresión de concreto y armadura de estribo vertical y horizontal del área del nodo. La capacidad de carga cortante se obtiene de la suma de los componentes de fuerza cortante según estos dos mecanismos.
Nodos de conexión viga-columna internos y externos
Dado que el comportamiento sísmico de las conexiones viga-columna está fuertemente influenciado por su posición en el marco de hormigón armado espacial (tridimensional), es necesario distinguir entre los nodos internos y externos.
La imagen siguiente ilustra los tipos de nodos sísmicos.
Determinación del esfuerzo cortante horizontal Vjdh sobre el núcleo de concreto del nodo
Determinación necesaria 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 concreto de la conexión está sometido a tensiones cortantes muy altas. Este comportamiento se muestra en la imagen siguiente.
Para la determinación del esfuerzo cortante horizontal que actúa sobre el núcleo de la conexión entre vigas principales y columnas, deben considerarse las condiciones más desfavorables bajo acción sísmica. Esto significa, por ejemplo, que las capacidades de las vigas de la conexión se combinan con los valores más bajos de las fuerzas cortantes en los otros elementos del marco. La fuerza cortante horizontal actuante Vjdh se puede determinar, por lo tanto, de acuerdo con EC8, 5.5.2.3 (1) a (3) con las siguientes fórmulas de cálculo.
- Para nodos internos según (5.22)
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As1 |
Área de armadura longitudinal de viga de Viga 1 |
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As2 |
Área de armadura longitudinal de viga de viga 2 |
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VC |
Esfuerzo cortante del pilar por encima del nudo j en situación de proyecto sísmico |
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yRd |
Coeficiente para considerar la sobre-resistencia; no debe ser inferior a 1,2 |
- Para nodos externos según (5.23)
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As1 |
Área de armadura longitudinal de viga |
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VC |
Cortante del pilar por encima del nudo j en la situación de cálculo sísmico |
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yRd |
Coeficiente parcial para tener en cuenta la resistencia en exceso; no debe ser menor de 1,2 |
En el proceso de determinación del esfuerzo cortante horizontal Vjdh, deben evaluarse todas las direcciones determinantes. Por lo tanto, se determina la fuerza cortante, por ejemplo, en la dirección y de la columna, tanto la fuerza cortante horizontal positiva como la negativa utilizando los componentes de refuerzo correspondientes. El equilibrio de fuerzas en la dirección positiva y negativa de la fuerza cortante horizontal del nodo se muestra en la imagen siguiente (sin mostrar la fuerza cortante de la columna).
Dimensionamiento
Se requiere la verificación de la conexión según EC 8 para la clase de ductilidad DCH. Para esto, es necesario demostrar la capacidad de la sección para el traspaso de la compresión diagonal y la tracción diagonal. Se deben seguir normas constructivas tanto para la alta clase de ductilidad (DCH) como para la clase de ductilidad media (DCM).
Verificación de la compresión diagonal
Verificación necesaria para DCH
Se debe asegurar que la compresión diagonal que se genera en el nodo no exceda la resistencia a la compresión del concreto bajo tensiones de tracción transversales presentes. La compresión diagonal se deriva del mecanismo de puntal diagonal del nodo. La verificación se puede realizar utilizando las ecuaciones resumidas a continuación. (EN 1998-1, 2013, Sección 5.5.3.3, (5.33))
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bj |
Anchura de pilar compuesto |
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Vjdh |
Fuerza cortante horizontal sobre el núcleo de hormigón |
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Coeficiente de reducción debido a extensiones por tracción tangenciales |
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Valor relativo de la fuerza en dirección de alzado en la situación de cálculo sísmico |
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hjc |
Distancia entre las capas más externas de la armadura del pilar |
Ancho efectivo del nodo bj
El ancho efectivo del nodo bj se puede calcular con la ecuación descrita más abajo. (EN 1998-1, 2013, Sección 5.5.3.3, (5.34a) y (5.34b))
Aquí es necesario determinar el ancho efectivo del nodo en ambas direcciones (y y z) de la columna verificando potencialmente ambos lados de la viga (+y y -y y +z y -z) del nodo.
Verificación de la tracción diagonal
Verificación necesaria para DCH
Normas constructivas
Para considerar en DCM y DCH
Refuerzo de confinamiento horizontal El refuerzo de confinamiento horizontal en los nodos de vigas y columnas primariaas solicitadas sísmicamente no debe ser menor que el refuerzo de estribo en las zonas críticas de las columnas, es decir, el refuerzo debe extenderse a través del nodo.
Refuerzo longitudinal Se debe prever al menos una barra intermedia vertical a cada lado.