Un equipo do CITENI desenvolve un novo modelo de cálculo para deseñar unións metálicas con parafusos pasantes
Un equipo do CITENI desenvolve un novo modelo de cálculo para deseñar unións metálicas con parafusos pasantes
A investigación propón unha ferramenta de cálculo que permite representar con maior precisión o comportamento estrutural dunha tipoloxía de unión en estruturas de aceiro baseada en parafusos, con aplicacións directas no deseño e a verificación de conexións en edificación e enxeñaría civil.
O traballo foi desenvolvido por un equipo do Laboratorio de Análise Estrutural (LAE), integrado no Centro de Investigación en Tecnoloxías Navais e Industriais (CITENI) do Campus Industrial de Ferrol da Universidade da Coruña, e combina ensaios experimentais, simulación numérica e modelización mecánica.
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 (LAE) do Centro de Investigación en Tecnoloxías Navais e Industriais (CITENI) 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 científica Steel and Composite Structures (Techno-Press), especializada en enxeñaría estrutural, baixo o título: “Mechanical model for stiffness calculation of the column tension zone in double-sided joints assembled with long bolts”.
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.
* De esquerda a dereita, Ruth M. Gutiérrez, Manuel López e José M. Reinosa, integrantes do equipo do Laboratorio de Análise Estrutural (LAE) e coautores do estudo sobre un novo modelo de cálculo para unións metálicas con parafusos pasantes.
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 modelo 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 ensaios 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.
Cara a estruturas máis eficientes e sostibles
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.
Con este traballo, o Laboratorio de Análise Estrutural do CITENI continúa a súa liña de investigación orientada ao desenvolvemento de metodoloxías de cálculo aplicables á práctica profesional, e reforza o papel do Campus Industrial de Ferrol como centro de referencia en investigación en enxeñaría estrutural.
Referencia científica
Manuel López López, Alfonso Loureiro, Ruth M. Gutiérrez e José M. Reinosa. Mechanical model for stiffness calculation of the column tension zone in double-sided joints assembled with long bolts.
