Diseño de conexiones de base según AISC 360 [1] y ACI 318 [2] se puede realizar con el complemento Uniones de acero. El artículo anterior de la base de conocimiento que se proporciona a continuación presenta el flujo de trabajo de modelado, una lista de verificaciones de diseño aplicables y un ejemplo de diseño de una conexión de placa base sometida a "compresión y momento".
En este artículo, se presenta un diseño de conexión de base sometida a tracción y cortante. Se utiliza el Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño 1 del AISC [3] para verificar los resultados del modelo de RFEM.
Transmisión del cortante
Para una conexión de base expuesta, ¿cómo se transmite la carga de cortante desde el pilar al hormigón? Según la Guía de Diseño 1 del AISC [3], existen tres formas de transmitir el cortante desde el pilar y/o la chapa de refuerzo al hormigón:
1) Mediante fricción cuando hay compresión presente, como se muestra en el Ejemplo 4.7-8 de la DG 1.
- La carga de compresión genera fricción entre la placa base y la superficie de mortero/hormigón que se puede usar para transmitir el cortante al hormigón. Esta compresión se considera una fuerza de sujeción que genera una resistencia a cortante en la dirección perpendicular. La resistencia a cortante debida a la fricción se puede calcular de acuerdo con la Ecuación 4-30 de la DG 1 del AISC.
- En RFEM, el bloque de hormigón se representa con un apoyo en superficie que se puede ver en el submodelo. Activar la opción "Considerar fricción" activa la fricción dentro del apoyo en superficie, permitiéndole transmitir una parte de la fuerza cortante (Imagen 1). La fuerza cortante restante la soportan las barras de anclaje o las llaves de cortante. En RFEM no se realiza una verificación de diseño para limitar la resistencia de cálculo a cortante según la Ecuación 4-30.
2) Usando llaves de cortante, como se muestra en los Ejemplos 4.7-4 y 4.7-5 de la DG 1.
3) Mediante cortante en las barras de anclaje. Están disponibles los siguientes métodos constructivos:
- Barras de anclaje solas con agujeros sobredimensionados (distribución de cortante desigual).
- Arandelas de placa con agujeros estándar soldadas a la parte superior de la placa base para garantizar una transmisión de cortante igual, como se muestra en el Ejemplo 4.7-6 de la DG 1. Esta configuración permite una flexión significativa en las barras de anclaje, que actualmente no se considera en RFEM. Las futuras actualizaciones incluirán verificaciones para la flexión de las barras de anclaje.
- Una placa de asiento con agujeros estándar soldada en obra a la parte inferior de la placa base para una distribución igual del cortante a todas las barras de anclaje. Una placa de asiento evita la flexión en las barras de anclaje, que es la condición asumida en RFEM.
Ejemplo
Se utiliza el Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño 1 del AISC para validar los resultados del modelo de RFEM. En este ejemplo se diseña una conexión de placa base para un pilar W21x83 sometido a tracción y cortante. El pilar está unido a una cimentación de hormigón con una resistencia a compresión especificada, ƒ'c = 5,000 psi. No se proporcionan las dimensiones reales del hormigón y se asume que la placa base no está ubicada cerca de ningún borde de hormigón. Para reflejar esto, se modela un bloque de hormigón grande de 175 pulg × 175 pulg × 100 pulg.
En el ejemplo se asume que la transmisión del cortante ocurre a través de una placa de asiento soldada (no modelada), lo que evita la flexión en las barras de anclaje. El miembro de arriostramiento y la conexión se incluyen en el modelo para representar mejor el comportamiento realista de la unión. La placa base tiene un espesor de 1.75 pulg con un espesor de mortero asumido de 1.0 pulg. La longitud de empotramiento efectiva, hef, es igual a 24.0 pulg. Las cargas y las propiedades del material se muestran en la Imagen 3.
Resultados
Después de ejecutar el cálculo de Uniones de acero, el resultado para cada nudo se presenta en la pestaña Razones de tensiones por nudo. A continuación, seleccione Anclaje 1,2 para ver los detalles de la verificación de diseño (Imagen 4).
Los detalles de la verificación de diseño proporcionan todas las fórmulas y referencias a las normas AISC 360 y ACI 318 (Imagen 5).
Los resultados del AISC y de Uniones de acero se resumen a continuación, incluyendo las razones de las discrepancias.
Anclajes
Placa base
En este ejemplo, el diseño del espesor de la placa base está gobernado por la tracción en las barras de anclaje. Según los cálculos del AISC, la resistencia a la flexión disponible (207 kip-pulg) es mucho mayor que la resistencia a la flexión requerida (51.9 kip-pulg). Esto sugiere que el espesor de la placa base de 1.75 pulg se puede reducir.
En Uniones de acero, el diseño de la placa se realiza mediante análisis plástico comparando la deformación plástica real con el límite permitido del 5% especificado en la Configuración de resistencia. La placa base de 1.75 pulg de espesor tiene una deformación plástica equivalente del 0.00%, lo que indica que se puede usar una placa más delgada. Sin embargo, reducir el espesor de la placa puede aumentar las fuerzas de tracción en los anclajes.
Conclusión
En el complemento Uniones de acero, se asume que la transmisión del cortante a través de las barras de anclaje se distribuye por igual mediante el uso de una placa de asiento, lo que elimina la flexión en las barras de anclaje. Aunque la flexión de las barras de anclaje no se considera actualmente, está prevista para una versión futura.
Este artículo confirma que los resultados del complemento Uniones de acero son consistentes con los del ejemplo de la Guía de Diseño 1 del AISC, validando la precisión del modelo de RFEM para el diseño de conexiones de base bajo tracción y cortante.
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