La unión de empalme 'simple'
Cuando me pidieron que escribiera un artículo de blog sobre la unión de empalme pensé "genial". Fue una de las primeras uniones que diseñé cuando estaba en la universidad.
Mucho ha cambiado desde entonces (incluido el uso de ordenadores).
Un empalme es algo que une un elemento con otro. Lo vemos cada día pero probablemente no nos damos cuenta: ¿qué longitud puede tener un cable, un desagüe o una tubería de frenos de un tren? Todas las cosas tienen una longitud o un peso finitos. A veces existe un límite impuesto sobre la longitud o el peso de algo. Un empalme es una forma de aumentar esa longitud o ese peso.
En estructuras de acero, esto adopta la forma de aumentar la longitud de un pilar, una viga o incluso una celosía. Al introducir estas juntas de empalme, podemos aprovechar una mayor eficiencia en el diseño aumentando el tamaño de un pilar a medida que descendemos o dividiendo una viga larga en otras más pequeñas para facilitar su instalación. Comprender las restricciones y las fuerzas implicadas es una cosa; aplicarlas correctamente es otra. Aquí es donde IDEA StatiCa puede ayudar enormemente con el flujo de trabajo al examinar las distintas condiciones y combinaciones de carga para garantizar que la junta sea tanto segura como eficiente.
Junta de empalme
Cuando pensamos en una junta de empalme, generalmente nos inclinamos hacia un empalme de pilar. Este ejemplo pone de relieve la interacción entre la construcción, el análisis y la documentación, que a menudo se deja de lado o se considera como algo secundario. Cuando empezamos a pensar en la ubicación de estas juntas, suele ser después del modelado inicial y el análisis global. Aquí reside un posible problema: ¿deberían modelarse estas juntas en las ubicaciones correctas desde el principio y con los parámetros correctos?
Si asumimos que tenemos un pórtico de acero de varias plantas, existe una longitud finita que podemos obtener para los pilares, que generalmente se dividen después de dos plantas (y algo más). Entonces, el tramo superior generalmente tendrá una sección de pilar más pequeña. En un conjunto de plantas de piso veremos el cambio en la sección del pilar. Si se utiliza el mismo modelo (o incluso se recrea) para el análisis y el diseño, el cambio en el pilar probablemente coincidirá con las vigas de forjado. El empalme no puede posicionarse en la misma ubicación que las vigas de forjado, sino con un desplazamiento designado, lo que refleja cómo se está construyendo el edificio.
Esto plantea la pregunta: ¿qué ocurre con las fuerzas en este desplazamiento? ¿Cómo se comparan con la ubicación supuesta? ¿Cuáles son los requisitos de la unión? Todo esto es antes de analizar los requisitos de fabricación del empalme, que muchos olvidan: rellenos de ala (1), rellenos de alma (2), esmerilado a ras para lograr un contacto (casi) perfecto o placas superiores (3).
Empalme de viga
Al examinar un empalme de viga, vemos demasiados casos en los que se posicionan por facilidad de acceso: en el centro del vano. No es una buena idea en el mejor de los casos. Los ingenieros tienen la obligación de diseñar de forma segura y esto requiere comprender cómo se van a instalar las vigas, de ahí la necesidad de empalmes de viga (especialmente en proyectos más pequeños). Sin embargo, si se hace mal, el diseño del empalme de viga puede tener un efecto catastrófico en la operación de un edificio. El uso de tornillos incorrectos puede provocar deslizamiento en los agujeros de holgura, aumentando la flecha. Se sabe que los tornillos se han caído cuando no se han tenido en cuenta la inversión de carga o las vibraciones. La orientación de los tornillos es a veces tan importante como tener el tipo correcto de tornillo.
Fuerzas en las juntas de empalme
Las fuerzas que debemos utilizar en el diseño de cualquier empalme deben ser las fuerzas en esa ubicación. Eso tiene todo el sentido. Un análisis global del pórtico que haya utilizado hipótesis incorrectas también dará resultados incorrectos. En IDEA StatiCa Connection existe el concepto de elemento de apoyo (o terminado). Este es el elemento que efectivamente apoya a otro. Es el cuadrado rojo que aparece en el extremo del elemento. Los efectos de carga se aplican entonces a los elementos que forman el empalme.
Con los elementos correctos, en la ubicación correcta y con los efectos de carga correctos aplicados, IDEA StatiCa realizará la verificación normativa de su unión de empalme según uno de varios códigos de todo el mundo. Pero solo puede hacerlo con el ingeniero al mando.
Es justo que hablemos del papel del modelo analítico; después de todo, sin él no conoceríamos el tamaño y el material de los elementos en cuestión ni las fuerzas que actúan sobre ellos. IDEA StatiCa dispone de un conjunto de enlaces BIM que pueden agilizar enormemente el flujo de trabajo y también garantizar el uso de los elementos y fuerzas correctos de las combinaciones de casos de carga utilizadas en el modelo de análisis. Cuanto menos tengamos que recrear un modelo, mejor, con el beneficio adicional de que prácticamente eliminamos el riesgo de introducir cifras incorrectas y las fuerzas aplicadas están en equilibrio.
En sentido horario desde la parte superior derecha: forma deformada, fuerzas cortantes, momentos, todo importado en IDEA StatiCa. Con el enfoque correcto, puede diseñar empalmes muy fácilmente con IDEA StatiCa Connection.
