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Revista ingeniería de construcción

On-line version ISSN 0718-5073

Rev. ing. constr. vol.30 no.1 Santiago Apr. 2015

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732015000100004 

Diseño de conexiones tipo perno en vigas compuestas de acero y hormigón en situación de incendio

 

Yisel Larrúa*, Rafael Larrúa1*, Valdir P. Silva**

* Universidad de Camagüey, Camagüey. CUBA

** Universidad de Sao Paulo, Sao Paulo. BRASIL

Dirección de Correspondencia


RESUMEN

En el trabajo se aborda el estudio de los factores que inciden en la resistencia, en situación de incendio, de las conexiones tipo perno en estructuras compuestas hormigón-acero con tipología de viga y losa maciza. Se realiza el diseño del experimento, la modelación térmica de los especímenes del ensayo push-out y el análisis de significación de diferentes parámetros en las relaciones de temperatura en secciones compuestas con vigas sin revestimiento y con revestimiento contra incendio. Por último, se proponen las temperaturas a considerar en el hormigón y el conector, expresadas como porcientos de la temperatura en el ala del perfil, para determinar los factores de reducción de la resistencia de la conexión en situación de incendio. Los resultados demuestran que los porcientos propuestos por EN 1994-1 -2 (2005) para determinar la temperatura en el hormigón y el conector a partir de la temperatura en el ala no son válidos para todas las situaciones de diseño dentro del alcance del código.

Palabras claves: Análisis térmico, estructuras compuestas, ensayo push-out, conexiones tipo perno, incendio


1. Introducción

En las estructuras compuestas de acero y hormigón ambos materiales trabajan en forma solidaria para resistir los esfuerzos externos. De los conectores empleados en la práctica constructiva internacional el perno con cabeza (stud) es el más utilizado debido a las ventajas que presenta en cuanto a su fácil colocación y rapidez en la operación.

El estudio del comportamiento de las vigas compuestas de acero y hormigón en situación de incendio es complejo debido a los diferentes materiales que las componen. Cuando una viga compuesta es sometida al fuego, tanto el perfil de acero como la losa de hormigón están expuestos directamente, sin embargo los conectores de cortante son calentados indirectamente por el calor transferido por el ala del perfil. Para garantizar la seguridad estructural, en muchas ocasiones la estructura metálica necesita estar revestida por materiales que retarden la acción del fuego sobre ella.

Internacionalmente, se han desarrollado numerosos ensayos de conectores, denominados usualmente como ensayos push-out, para evaluar la resistencia y el comportamiento carga-deslizamiento de las conexiones a temperatura ambiente, principalmente relacionados con las conexiones tipo perno.

Contrastando con la gran cantidad de ensayos pushout llevados a cabo a temperatura ambiente, se han realizado un número reducido del propio tipo de ensayo en situación de incendio. En 1992, se realizaron los primeros ensayos de conexiones a elevadas temperaturas en el Centre Technique Industriel de la Construction Métallique (CTICM), Francia (Kruppa y Zhao, 1995). Los resultados de esta relevante investigación sirvieron de base para el establecimiento de los criterios para el diseño de las conexiones tipo perno en situación de incendio, vigentes en EN 1994-1-2 (2005).

Recientemente se han realizado nuevos ensayos de conexiones tipo perno a elevadas temperaturas, entre los que sobresalen dos programas experimentales desarrollados en la región asiática (Satoshi et al., 2008; Chen et al., 2012). En general, se puede afirmar que los programas experimentales realizados hasta el presente cuentan con la limitación de no abarcar todas las situaciones de diseño declaradas en los alcances de EN 1994-1 -1 (2004) y EN 1994-1 -2 (2005).

Investigaciones anteriores (Larrua y Silva, 2013a, 2013b) demostraron que los porcientos propuestos por EN 1994-1-2 (2005) para determinar la temperatura en el hormigón y el conector a partir de la temperatura en el ala del perfil no son válidos para todas las situaciones de diseño dentro del alcance del código, para el caso de vigas sin revestimiento contra incendio. En tal sentido fueron propuestos nuevos porcientos, que toman en cuenta la altura del conector, a partir de los valores medios de las relaciones θcf (temperatura promedio en el hormigón entre la temperatura promedio del ala del perfil) y θsf (temperatura en el conector entre la temperatura promedio del ala del perfil) en el intervalo de 0-90 minutos de exposición al fuego. Estos autores incluyen la determinación de la temperatura del hormigón en dos niveles, 0.5hsc que coincide con el nivel considerado, a partir de datos experimentales, en la determinación de las formulación actual de EN 1994-1-2 (2005) y 0.25hsc, que tiene como base estudios precedentes del mecanismo de fallo de conexiones a temperatura ambiente y también la coincidencia de las mayores temperaturas en la región cercana a la parte inferior de la losa.

Debe considerarse que una viga sin revestimiento contra incendio sometida a elevadas temperaturas falla por otras razones ajenas al fallo específico de la conexión, en un entorno de trabajo máximo de alrededor de 30 minutos. Sin embargo, como el espécimen push-out es un modelo simplificado del comportamiento real de la viga compuesta, los factores que limitan el fallo de la viga compuesta no revestida, no se ponen de manifiesto y el fallo de la conexión se produce a tiempos de exposición al fuego muy por encima de 30 minutos (Kruppa y Zhao, 1995).

Por ende, en el presente estudio se da continuidad a los resultados de Larrúa y Silva (2013a, 2013b) antes comentados y se proponen las temperaturas a considerar en el hormigón y el conector, expresadas como porcientos de la temperatura en el ala del perfil, para dos alternativas: vigas metálicas sin revestimiento contra incendio (SR), en las que se incorpora el análisis de su rango usual de trabajo (0-30 minutos), y vigas metálicas con revestimiento contra incendio (CR), hasta el momento no abordadas.

 

2. Modelación térmica

La modelación numérica es una herramienta ampliamente utilizada en la solución de problemas de ingeniería estructural en situación de incendio. A su vez, numerosos estudios previos demuestran la eficacia del software SuperTempcalc (Temperature Calculation and Design v.5) desarrollado por FSD (Fire Safety Design, Suecia) en la modelación de problemas de transferencia de calor en ingeniería estructural (Anderberg, 1991; Silva, 2005; Correia et al., 2011). Este programa pertenece a la familia de las aplicaciones de modelación bidimensional basadas en el método de los elementos finitos. La presente sección se dedica a exponer los criterios seguidos en la modelación térmica del ensayo push-out de las conexiones tipo perno en vigas compuestas de acero y hormigón, con el citado programa de cómputo, para secciones de acero sin revestimiento y con revestimiento contra incendio.

2.1 Acciones térmicas

El flujo neto de calor está dado por la suma del flujo neto por convección, controalado por el coeficiente de convección (αc), y el flujo neto por radiación, controlado por la emisividad resultante (εr). El desarrollo de las temperaturas del espécimen en el horno depende de la emisividad del material (εm) y la emisividad del fuego (εf). La emisividad resultante es generalmente aproximada al producto de εm y εf. En EN 1994-1-2 (2005) y EN 1991-1-2 (2002) la emisividad del fuego es tomada usualmente como 1. EN 1994-1 -2 (2005) considera la emisividad del acero y el hormigón relacionada con las superficies de los miembros igual a 0.7.

En la concepción de la modelación desarrollada, las partes expuestas de la sección se consideran sometidas al fuego estándar ISO 834 (1990), con el coeficiente de convección (αc) igual a 25 W/m2K, y con emisividad resultante igual a 0.7, según lo definido en EN 1991-1-2 (2002) para la propia curva de fuego estándar. En las partes no expuestas se considera la acción de la temperatura ambiente de 20°C con un coeficiente de convección de 9 W/m2K.

2.2 Propiedades térmicas de los materiales

Se sigue el enfoque de considerar las propiedades térmicas de los materiales recomendadas en EN 1994-1-2 (2005), con la intención de desarrollar modelos más universales basados en propiedades normativas, factibles de ser utilizados creativamente en el estudio de diversas situaciones de diseño afines.

La conductividad térmica y el calor específico de acero se asumen como propiedades dependientes de la temperatura, de acuerdo con EN 1994-1-2 (2005). Siguiendo lo establecido por el propio código se toma un valor de densidad independiente de la temperatura igual a 7850 kg/m3.

La conductividad térmica del hormigón de peso normal, de acuerdo con EN 1994-1-2 (2005), es también una propiedad dependiente de la temperatura y debe determinarse entre el límite superior y el límite inferior definidos en ese código (EN 1994-1-2, 2005; Schleich, 2005; Anderberg 2001). Por otra parte, el calor específico del hormigón de peso normal fue incluido como una propiedad dependiente de la temperatura, en tanto la densidad de este material se toma como un valor independiente de la temperatura en el intervalo entre 2300-2400 kg/m3.

2.3 Modelación de la geometría

El dominio es coincidente con la sección transversal del espécimen push-out de Kruppa y Zhao (1995). Se incluye cuando procede, el material de revestimiento contra incendio. La Figura 1 muestra dos ejemplos ilustrativos de las alternativas consideradas, vigas sin revestimiento contra incendio y vigas revestidas.

Figura 1. Modelación de la geometría, a) Viga sin revestimiento contra incendio, b) Viga con revestimiento contra incendio (espesor de 25 mm)

 

2.4 Modelación de las condiciones de frontera

La definición de las condiciones de frontera, tal como indica la Figura 2, incluye el contorno 1 sobre el que se considera actuando el fuego estándar ISO 834 (1990), mientras que el contorno 2 representa la región no expuesta, en la que actúa la temperatura ambiente (20°C).

Figura 2. Condiciones de frontera

 

2.5 Selección del tipo de elemento finito y la densidad de malla

Debido a que la sección transversal de los especímenes está compuesta por geometrías rectangulares, la malla se generó con elementos rectangulares de cuatro nodos. El tamaño del lado mayor de los elementos se definió como 1 ≤ 0.01 m. Por necesidades prácticas de medición de puntos de temperatura se opta por hacer un refinamiento localizado de 0.005 m que permite obtener la temperatura en esos puntos específicos evitándose un refinamiento global. La Figura 3 muestra como ejemplo la discretización en un espécimen no revestido.

Figura 3. Discretización del dominio

 

2.6 Obtención de los resultados

El programa de computación ofrece la posibilidad de obtener los resultados en diferentes formatos: gráficos, tablas de Microsoft Excel y/o animaciones. Dentro de los gráficos se encuentran los campos de temperatura que permiten apreciar a través de los tonos policromáticos asociados a una escala de colores, la distribución de las temperaturas en el dominio para un tiempo de exposición al fuego dado.

La Figura 4 muestra los campos de temperatura a 30 minutos de exposición a fuego de especímenes correspondientes a las dos alternativas consideradas, sin revestimiento contra incendio y con revestimiento (de 25 mm de espesor). Se pueden apreciar las diferencias marcadas en el comportamiento térmico de ambos casos.

Figura 4. Campos de temperatura a 30 minutos de exposición al fuego, a) Espécimen sin revestimiento contra incendio. b) Espécimen con revestimiento contra incendio

 

3. Vigas sin revestimiento contra incendio

3.1 Diseño del experimento numérico

Se realiza el diseño de experimento para poder determinar la influencia de la altura del conector, la densidad, la conductividad y la humedad del hormigón en el comportamiento de las relaciones θscf y θcf, para el intervalo de tiempo de exposición al fuego de 0-30 minutos.

El experimento para vigas sin revestimiento contra incendio consiste en un diseño factorial con dos factores (con tres niveles cada uno) y dos factores (con dos niveles cada uno). En la Tabla 1 se muestran las variables estudiadas y sus respectivos niveles. La conductividad térmica del hormigón se evalúa para los límites inferior (Ll) y superior (LS) planteados en EN 1994-1-2 (2005), pues aunque en este código se sugiere el límite superior (LS) para las estructuras compuestas, las características de los ensayos realizados para establecer tal límite, difieren de las del caso de estudio del presente trabajo.

Tabla 1. Diseño numérico experimental para vigas sin revestimiento contra incendio

 

 

3.2 Determinación de las relaciones θscf y θcf

Se obtuvo la temperatura en la base del conector (θSC), la temperatura promedio del ala superior del perfil (θf) y la temperatura promedio del hormigón en la vecindad del conector (θC), a partir de valores de temperatura-tiempo tomados en diferentes puntos de la sección transversal del espécimen push-out. θf se consideró como el promedio de la temperatura medida en cinco puntos de la misma, θSC se tomó en el borde del conector a una altura de 5 mm medida desde el borde superior del ala, θC como el promedio de seis puntos medidos al nivel de la mitad de la altura del conector (0.50hsc) y como el promedio de seis puntos medidos al nivel de un cuarto de la altura del conector (0.25hsc) desde su base. Se calcularon las relaciones θscf y θcf para cada uno de los especímenes y se obtuvieron sus curvas de comportamiento en función del tiempo de exposición al fuego.

3.3 Evaluación de la significación de los factores

A partir de la matriz de resultados, derivada del diseño estadístico del experimento, se realizan diversos análisis estadísticos con la ayuda del paquete informático STATGRAPHICS Centurión XV Versión 15.2.06.

El estudio paramétrico determinó que la altura del conector (hsc) es la variable independiente que tiene mayor influencia en las relaciones de temperatura y que es posible obtener un elevado nivel de ajuste al definir ecuaciones en función de esa variable para predecir las relaciones estudiadas, con coeficientes de determinación múltiple (R2) entre 92.62 y 95.28 %.

En la Figura 5 se ilustra la influencia de la altura del conector en las relaciones de temperatura, para un tiempo de exposición al fuego de 0-30 minutos, de dos especímenes sin revestimiento, SR-A y SR-B, con altura del conector igual a 50 mm y 100 mm respectivamente. Ambos poseen densidad igual a 2400 kg/m3, humedad del 1.5 % y límite superior de conductividad térmica (LS). Se puede observar que la altura del conector influye notablemente en las relaciones θcf, para los dos niveles considerados y la propia variable tiene poca influencia en la relación θscf.

Figura 5. Influencia de la altura del conector (hsc) en las relaciones de temperatura

 

En un análisis de sensibilidad realizado por Larrua y Silva (2013a, 2013b) se demostró que la evolución de las temperaturas se predice con mayor efectividad, respecto a los resultados experimentales disponibles (Kruppa y Zhao, 1995), cuando se toma la densidad igual a 2300 kg/m3, el contenido de humedad igual a 1.5 % y para la conductividad térmica del hormigón se adopta el límite superior (LS), en correspondencia con la recomendación de EN 1994-1-2 (2005).

Por otra parte, cabe comentar que los programas experimentales desarrollados por Satoshi et al. (2008) y Chen et al. (2012) incluyen diferencias sustanciales respecto a los ensayos llevados a cabo en el CTICM. Satoshi et al. (2008) ensayaron especímenes con una sola losa de hormigón, con carga constante, en tanto Chen et al. (2009) ensayaron especímenes con dos losas que, a diferencia de los casos anteriores, son llevados hasta la rotura cuando se alcanzan niveles de temperatura predeterminados. En ambos casos se utilizan curvas de fuego diferentes al fuego estándar ISO 834, lo que genera un calentamiento de los especímenes mucho más lento de los especímenes y sus partes componentes.

Los autores del presente artículo realizaron modelos numéricos considerando las geometrías y curvas de fuego reportadas en los programas experimentales asiáticos antes comentados, tomando en cuenta además las propiedades térmicas que para el hormigón adopta EN 1994-1-2 (2005). Pudo verificarse que el ajuste entre los resultados numéricos y experimentales es sensiblemente menor que el exhibido por los modelos del programa del CTICM antes comentado, lo que es consecuencia de la falta de correspondencia entre las curvas de fuego consideradas por Satoshi et al. (2008) y Chen et al. (2012) y las propiedades térmicas del hormigón incorporadas a los modelos, dado que estas se derivaron de extrapolaciones numéricas con base en temperaturas medidas en ensayos de elementos estructurales sometidos al fuego estándar ISO 834 (1990).

Por tales razones, en todo lo que sigue se modelan especímenes del programa del CTICM con las características finales antes descritas. Se consideran diferentes alturas del conector (50 mm, 60 mm, 75 mm, 90 mm, 100 mm y 125 mm) y se determinan las relaciones de temperatura para el rango de 0-30 minutos. La Tabla 2 muestra los resultados de las relaciones definitivas que se proponen para el cálculo simplificado, expresadas en porcentajes, para el rango de trabajo estudiado.

Tabla 2. Relaciones de temperatura θscf y θcf, para un rango de trabajo de 0-30 minutos, en vigas sin revestimiento contra incendio

 

Para el rango de trabajo de 0-30 minutos se puede observar que los porcientos para determinar la temperatura en el hormigón varían en función de la altura del conector. Esto ratifica que el porciento propuesto por EN 1994-1-2 (2005), igual a 40 %, para determinar la temperatura en el hormigón no es válido para todas las situaciones de diseño dentro del alcance del código y coincide con los resultados obtenidos por Larrúa y Silva (2013b), para el rango de trabajo de 0-90 minutos. A su vez, se hace notar que los porcientos ajustados al rango de trabajo de 0-30 minutos difieren de los determinados con anterioridad por dichos autores para el rango de trabajo de 0-90 minutos. (Larrúa y Silva, 2013b)

En resumen, para vigas sin revestimiento contra incendio, se recomienda utilizar los valores de las relaciones correspondientes al rango de 0-30 minutos, con la particularidad de hacer uso, en el caso del hormigón, de los valores determinados a 0.25hsc (ver Tabla 2), tomando en cuenta los fundamentos antes expuestos.

 

4. Vigas con revestimiento contra incendio 4.1 Diseño del experimento numérico

Se realiza el diseño del experimento numérico para estudiar los factores que influyen en las relaciones de temperatura θscf y θcf, en secciones compuestas con vigas con revestimiento contra incendio (CR). La variable con más influencia en las relaciones de temperatura para la sección compuesta con vigas sin revestimiento, resultó ser la altura del conector, debido a lo cual se considera también como un factor de estudio en este experimento. Se consideran rangos de valores de conductividad y capacitancia representativos de una amplia gama de materiales de revestimiento usualmente empleados en la práctica internacional y los criterios seguidos por Wang (1998).

Para el diseño estadístico del experimento numérico y el análisis de los resultados, también fue utilizado el programa Statgraphics XV Centurion. Se implementó un diseño factorial multinivel para evaluar el efecto de los factores seleccionados, que arrojó un total de 54 combinaciones. Posteriormente, se realizó la optimización del diseño, utilizando los procedimientos incluidos en el citado programa, con lo que quedaron definidas, finalmente, 16 combinaciones. En la Tabla 3 se muestran las variables estudiadas y sus respectivos niveles.

Tabla 3. Diseño estadístico del experimento para vigas con revestimiento contra incendio

 

4.2 Determinación gráfica y numérica de las relaciones θscf y θcf

Para la determinación de las relaciones se siguió el mismo procedimiento descrito en epígrafe 3.2 para vigas sin revestimiento contra incendio. En el caso de las vigas revestidas se determinaron las relaciones de temperatura para 4 rangos de tiempo de exposición al fuego: 0-30 minutos, 0-60 minutos, 0-90 minutos y 0-120 minutos.

4.3 Evaluación de la significación de los factores

Se realiza el análisis estadístico de los resultados, para los rangos de trabajos antes mencionados, con la ayuda del paquete informático STATGRAPHICS Centurión XV Versión 15.2.06

Se realizó el análisis de significación de las variables independientes para un 95 % de confianza. De igual forma que para la sección compuesta con vigas sin revestimiento contra incendio, la altura del conector es un factor significativo en las relaciones de temperatura, y es el que más influye en la relación θcf. Otro factor que influye en gran medida, es el espesor del revestimiento y es el de mayor significación en la relación θscf. La conductividad influye en las tres variables, pero en menor medida. A menor conductividad, mayores valores de las relaciones.

Para ilustrar la influencia de la altura del conector en las relaciones, en la Figura 6 se grafican las relaciones de temperatura θscf y θcf a 0.25hsc, del espécimen con revestimiento CR-A con altura del conector igual a 100 mm y del espécimen CR-B con altura del conector igual a 50 mm, ambos con espesor del revestimiento contra incendio igual a 10 mm, capacitancia igual a 625000 J/m3K y conductividad igual a 0.3 W/mK.

Figura 6. Influencia de la altura del conector en las relaciones de temperatura θscf y θcf a 0.25hsc

 

Puede apreciarse claramente que la altura del conector influye de forma significativa en las dos relaciones, aunque en menor medida en la relación θscf. Las relaciones de temperatura serán mayores a medida que disminuya la altura del conector.

En la Figura 7 se puede apreciar como influye significativamente el espesor del revestimiento contra incendio en las relaciones de temperatura de dos especímenes, el espécimen CR-C con espesor de 40 mm y el espécimen CR-D con espesor de 10 mm, ambos con hsc igual a 100 mm, capacitancia del material de revestimiento igual a 625000 J/m3K y conductividad igual a 0.1 W/mK.

Nótese que en los primeros 30 minutos, el comportamiento de las relaciones para el espécimen que tiene espesor de revestimiento de 40 mm es acentuadamente diferente y los valores de las relaciones son notablemente superiores a los obtenidos con el modelo de espesor menor.

Figura 7. Influencia del espesor del material de revestimiento contra incendio en las relaciones de temperatura θscf a 0.25hscy θcf a 0.25hsc

 

Considerando que los factores que tienen mayor influencia en las relaciones de temperatura son la altura del conector, el espesor del revestimiento y su conductividad, se modelaron especímenes con el valor medio de la capacitancia (625000 J/m3K) y conductividad del material de revestimiento igual a 0.1 W/mK (que conduce a mayores valores de las relaciones), así como diferentes espesores de revestimiento de ese material (10 mm, 25 mm y 40 mm), y alturas del conector de 50 mm, 60 mm, 75 mm, 90 mm, 100 mm y 125 mm, para determinar las relaciones de temperatura en los rangos de 0-30, 0-60, 0-90 y 0-120 minutos.

A los efectos de simplificar los resultados, adicionalmente se realizó un análisis de sensibilidad del impacto de los resultados en la resistencia de la conexión, lo que condujo a la propuesta final de relaciones de temperatura que se muestra en la Tabla 4, en la que se adoptan los valores mayores correspondientes al rango de 0-120 minutos, resultado que queda del lado seguro respecto a los casos con mayores conductividades del material de revestimiento y rangos de exposición al fuego menores.

Tabla 4. Relaciones de temperatura θscf y θcf para vigas con revestimiento contra incendio

 

Puede apreciarse que los porcientos propuestos para determinar las temperaturas en el hormigón y el acero del conector para vigas con revestimiento contra incendio, son mayores que los propuestos en 3.3 para vigas sin revestimiento (ver Tabla 2). Esto se debe a que en las vigas con revestimiento contra incendio el calentamiento ocurre de forma más lenta por lo que las temperaturas del conector y el hormigón de la losa son más cercanas a la temperatura del ala del perfil.

Lo anterior se manifiesta en mayor medida en los porcientos para determinar la temperatura en el hormigón, que son considerablemente mayores al 40 % adoptado por EN 1994-1-2 (2005) y a los porcientos propuestos en el presente trabajo para vigas sin revestimiento. No obstante, debe tomarse en cuenta que el impacto de esos valores elevados en el diseño de la conexión se atenúa, debido a que se aplican como factor que multiplica a temperaturas promedios del ala del perfil notablemente inferiores, derivadas de la presencia del revestimiento.

 

5. Impacto de los resultados anteriores en la determinación de la resistencia

5.1 Métodos de diseño para conexiones tipo perno en situación de incendio

En la normatividad internacional el único método de diseño disponible es el ofrecido en EN 1994-1-2 (2005), donde la resistencia de la conexión tipo perno en condiciones de incendio se define por el menor de los siguientes valores:

(1a)

 

 

(1b)

 

Donde:

PRd = resistencia a temperatura ambiente y se obtiene de EN 1994-1-1 (2004).

Kcθ = factor de reducción de la resistencia a compresión del hormigón a elevadas temperaturas, que es función de la temperatura en el hormigón (θC) determinada a partir de la temperatura del ala (θf), según las relaciones θcf, expresadas en porcentajes.

Kuθ= factor de reducción de la resistencia del acero a elevadas temperaturas, que es función de la temperatura en el conector (θSC) determinada a partir de la temperatura del ala (θf), según las relaciones θscf expresadas en porcentajes.

EN 1994-1-2 (2005) adopta como temperaturas del acero del conector y del hormigón de la losa, el 80% y el 40% de la temperatura del ala superior de la viga, respectivamente.

En la Figura 6 se muestran ejemplos que ilustran las diferencias en la predicción de la resistencia cuando se utilizan los porcientos establecidos en EN 1994-1-2 (2005) y cuando se utilizan los porcientos propuestos en el presente trabajo, tanto para vigas sin revestimiento contra incendio (Figura 8a) como para vigas con revestimiento (Figura 8b), para hsc igual a 50 mm, diámetro del conector igual a 16 mm, fc igual a 20 MPa y fu igual a 415 MPa. En los ejemplos, la diferencia en la predicción de la resistencia de la conexión es significativa y llega a ser de un 15 %. Lo anterior es muestra de que en algunas situaciones de diseño dentro del alcance del código EN 1994-1-2 (2005) puede ser sobreestimada la resistencia de la conexión.

Figura 8. Predicción de la resistencia a elevadas temperaturas, (a) vigas sin revestimiento, (b) vigas revestidas con espesor de 25 mm

 

6. Conclusiones

1. Con base al conjunto de resultados expuestos, para vigas sin revestimiento contra incendio se propone adoptar los valores asociados al rango 0-30 minutos y al nivel de determinación de la temperatura del hormigón a un cuarto de la altura del conector, diferenciando las alturas de conectores tomadas en cuenta, según se presenta en la Tabla 2.

2. En el caso de vigas con revestimiento contra incendio se aprecia un comportamiento térmico marcadamente diferente al caso antes comentado, lo que conduce a que los valores de las relaciones sean notablemente superiores a los de EN 1994-1-2 (2005) y a los propuestos en el presente trabajo para vigas sin revestimiento. Lo anterior conduce a la propuesta de valores de las relaciones, válidos en un rango amplio de propiedades térmicas del material del revestimiento contra incendio y dependientes de la altura del conector y el espesor del revestimiento, los cuales se presentan en la Tabla 4.

3. Finalmente, se demuestra que, tanto para vigas sin revestimiento contra incendio como para vigas con revestimiento, la utilización de las temperaturas del conector y el hormigón adoptadas por EN 1994-1-2 (2005) puede ser conducente a la sobrestimación de la resistencia de la conexión en situación de incendio, en algunas situaciones de diseño dentro del alcance del código.

 

7. Referencias

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E-mail: rafael.larrua@reduc.edu.cu

Profesor Titular, Director del Centro de Estudio de Estructuras y Sistemas Constructivos (CENDES) de la Universidad de Camagüey, Cuba.

Fecha de Recepción: 07/08/2014 Fecha de Aceptación: 03/03/2015 

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