Estudio numérico de alternativas en sistemas de anclaje para mejorar la capacidad disipativa en la conexión columna – fundación ante solicitaciones cíclicas

Abstract

La conexión columna – fundación es uno de los componentes más importantes en un sistema estructural de marcos de aceros resistentes a momento, su función es transferir las cargas axiales, fuerzas de corte y momentos de la estructura hacia su fundación. Durante el terremoto ocurrido en Chile el 27 de febrero del 2010 (Mw 8.8) se pudo evidenciar que este tipo de conexiones presentaron diversos tipos de daños debido a la incursión inelástica de los elementos que forman parte de la conexión elevando los costos de reparación. La necesidad de proteger estos elementos estructurales da paso al presente proyecto de investigación, el cual tiene por objetivo mejorar la capacidad disipativa de la conexión incorporando un sistema de anclaje reparable, recuperable o sustituible que al ser sometido a solicitaciones cíclicas concentre el daño en el sistema protegiendo a los otros elementos estructurales que forman parte de la conexión.

Para alcanzar este objetivo, se sistematizó información experimental y numérica referente a una conexión tradicional de columna – fundación y de dispositivos de disipación, los cuales fueron validados mediante modelos computacionales. Posteriormente, se simularon numéricamente tres propuestas de conexiones columna – fundación denominados 1CF, 2CF y 3CF que incorporaron sistemas de anclaje con dispositivos de disipación en su configuración bajo un protocolo de carga cíclico establecido por la AISC 341-16 adicionando cuatro niveles de carga axial relacionadas con la capacidad de fluencia de la columna. Las simulaciones se desarrollaron usando el software ANSYS Workbench 2020 R2.

Los resultados de las simulaciones indican que, todas las conexiones superaron el criterio de rendimiento del 4% de deriva de columna considerado representativo de las demandas máximas de deriva basados en terremotos raros. El estado de tensión - deformación indica que el sistema de anclaje, específicamente los dispositivos de disipación actúan como elementos fusibles experimentando incursión inelástica protegiendo a los otros elementos estructurales. Finalmente, se determinó un óptimo desempeño de las conexiones 1CF, 2CF y 3CF puesto que se aumentó la capacidad de disipación de energía en un 65%, 58% y 30% respectivamente con respecto a la conexión tradicional, sin embargo, se debe tener en cuenta que un incremento de la carga axial en la conexión reduce su capacidad de disipación de energía.