Estudio numérico de llaves de corte para placas base de columnas sometidas a solicitaciones cíclicas

Abstract

Una llave de corte es un elemento estructural de acero que permite transmitir los esfuerzos de cizalle desde una columna hacia la fundación, de manera tal que se evite la transmisión de éstos por los pernos de anclaje. Usualmente, consiste en una pieza de acero en cruz o doble T soldada a la columna, y embebida en el bloque de hormigón. Si bien en Chile estos elementos adquieren gran importancia en las estructuras industriales, debido a las solicitaciones sísmicas a las que las mismas se ven sometidas, existe poca información relativa al comportamiento y diseño de las llaves de corte. El objetivo principal del trabajo de investigación consiste en el análisis del comportamiento de las llaves de corte, cuando éstas se ven sometidas a solicitaciones cíclicas, mediante la modelación por elementos finitos. Para esto, primeramente se realiza una revisión bibliográfica de la literatura respectiva. De especial interés resultan las investigaciones previas sobre el tema, tanto experimentales como de estudios numéricos. Luego, se modifican los modelos de elementos finitos existentes, correspondientes a tres configuraciones de llaves de corte en cruz y seis en doble T, donde tres se cargan en el eje débil y las tres restantes en el eje fuerte. Los cambios realizados a los nueve modelos estudiados buscan incluir el agrietamiento y aplastamiento de los elementos del bloque de hormigón, y estudiar el comportamiento de los sistemas bajo estas condiciones en un historial cíclico de desplazamientos. La calibración de los modelos se realiza en base a la respuesta global reportada en el caso monotónico, tanto experimental como numéricamente. Posteriormente, se analiza el comportamiento global de los sistemas mediante las curvas de fuerza deformación y la flexión en la unión de las llaves a la placa base. Localmente, se estudia el estado de tensiones y deformaciones de cada componente en particular. A partir de los resultados obtenidos de la modelación se desprende que existe una degradación de la rigidez producto de la apertura y cierre gradual de grietas en el bloque de hormigón, lo que conduce a un angostamiento de los aros que componen el ciclo de histéresis. No obstante, el daño por agrietamiento y aplastamiento en el hormigón se desarrolla en sectores acotados del bloque, con lo que una falla frágil en éste se considera poco probable. En cuanto al mecanismo de falla, aunque la flexión adquiere una mayor importancia durante el análisis cíclico, se confirma que la falla asociada a los sistemas corresponde a una falla dúctil de las llaves de acero, debida a la plastificación por esfuerzos de corte.