Estudio númerico de llaves de corte de acero en cruz para placas base de columnas

Abstract

Una llave de corte es un elemento estructural de acero, embebido en la fundación de hormigón y conectado a la placa base, cuya funcionalidad es transmitir los esfuerzos de corte a la subestructura. En zonas de alta sismicidad como Chile, los esfuerzos de corte basales pueden llegar a ser de gran magnitud, por lo que el diseño de las llaves de corte adquiere gran importancia. Existen distintas geometrías para este elemento, siendo el perfil cruz el más utilizado en nuestro país, ya que es capaz de resistir esfuerzos de corte en dos direcciones perpendiculares. Este trabajo de título tiene por objetivo estudiar de forma numérica, utilizando el método de los elementos finitos, las llaves de corte de acero en cruz para placas base de columnas, identificando el modo de falla predominante y su respectiva resistencia, además de contrastar los resultados obtenidos con los criterios de diseño actuales. Para esto se desarrolla un modelo de elementos finitos 3D en la plataforma ANSYS Workbench, para la conexión entre la base de una columna de acero y la fundación de hormigón que incluye la llave de corte y su interacción con el hormigón circundante, considerando las no linealidades del problema. En una primera etapa los modelos son calibrados utilizando datos experimentales existentes de llaves de corte tipo cruz ensayados por otros. De los resultados obtenidos y de los análisis realizados se puede concluir que el modo de falla predominante es la fluencia al corte en la sección transversal de la llave, lo que difiere de los criterios de diseño actuales, en donde la fluencia a flexión en la base de llave es considerada como el modo de falla principal. Por otro lado, también se puede descartar el supuesto de la llave de corte actuando como viga en voladizo. Esto sugiere revisar los criterios de cálculo utilizados en la actualidad para las llaves de corte en cruz. A pesar de que los modelos calibrados no reproducen el modo de falla asociado al hormigón, del análisis de los elementos de concreto es posible asegurar que si bien su nivel tensional provocaría daño en éstos, no se comprometería la integridad estructural del sistema, permitiendo que la falla ocurra en el elemento de acero. En una segunda etapa, se realiza un análisis paramétrico con algunas variables de la geometría de la llave de corte, obteniendo que el espesor (t) es el parámetro geométrico que influye mayormente en el comportamiento del conjunto, lo que es consistente con el modo de falla identificado previamente. Su altura (H) por otra parte, y el espesor del grout (G), no inciden significativamente en la respuesta del sistema resistente.