Modelo estructural de un bloque de hormigón
Modelo de cálculo
En CBFEM, es conveniente simplificar el bloque de hormigón como elementos de contacto 2D. La unión entre el hormigón y la placa base resiste únicamente a compresión. La compresión se transfiere mediante el modelo de subsuelo de Winkler-Pasternak, que representa las deformaciones del bloque de hormigón. La fuerza de tracción entre la placa base y el bloque de hormigón es absorbida por los pernos de anclaje. La fuerza cortante se transfiere por fricción entre la placa base y el bloque de hormigón, mediante llave de corte y por flexión de los pernos de anclaje y fricción. La resistencia de los pernos a cortante se evalúa analíticamente. La fricción y la llave de corte se modelan como una restricción completa de punto único en el plano del contacto placa base-hormigón.
Rigidez de deformación
La rigidez del bloque de hormigón puede estimarse para el diseño de bases de pilares como un hemisferio elástico. El modelo de subsuelo de Winkler-Pasternak se utiliza habitualmente para el cálculo simplificado de cimentaciones. La rigidez del subsuelo se determina utilizando el módulo de elasticidad del hormigón y la altura efectiva del subsuelo como:
\[ k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \upsilon) \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3}+a_4 \right) \]
donde:
- k – rigidez del subsuelo de hormigón a compresión
- Ec – módulo de elasticidad del hormigón
- υ – coeficiente de Poisson del bloque de hormigón
- Aeff – área efectiva a compresión
- Aref = 1 m2 – área de referencia
- d – anchura de la placa base
- h – altura del bloque de hormigón
- a1 = 1,65; a2 = 0,5; a3 = 0,3; a4 = 1,0 – coeficientes
En la fórmula deben utilizarse unidades del SI; la unidad resultante es N/m3.
Transferencia de la carga cortante en la placa base
La carga cortante en la placa base puede transferirse por tres medios:
- Fricción
- Llave de corte
- Anclajes
Los usuarios pueden elegir el medio editando la operación de la placa base. No se permite la combinación de medios en el software; sin embargo, EN 1993-1-8 – Cl. 6.2.2 y Fib 58 – Capítulo 4.2 permiten la combinación de transferencia de cortante por anclajes y fricción bajo ciertas condiciones. En general, es conservador despreciar la fricción en el diseño del anclaje, aunque en algunos casos puede llevar a una subestimación de la fisuración del hormigón en el nivel de servicio. Como regla general, la resistencia por fricción debe despreciarse si:
- el espesor de la capa de mortero supera la mitad del diámetro del anclaje,
- la capacidad de anclaje está condicionada por una situación de borde próximo,
- el anclaje está destinado a resistir cargas sísmicas.
La combinación con una llave de corte nunca debe permitirse debido a la compatibilidad de deformaciones.
Transferencia de la carga cortante por fricción
La resistencia a cortante es igual al factor de seguridad de resistencia multiplicado por el coeficiente de fricción editable en la configuración normativa y la carga de compresión. La carga de compresión incluye todas las fuerzas; por ejemplo, en el caso de una base de pilar cargada por fuerza de compresión y momento flector, la carga de compresión utilizada para la resistencia a cortante por fricción puede ser mayor que la fuerza de compresión aplicada.
Transferencia de la carga cortante por llave de corte
La llave de corte se simula como un muñón embebido en el hormigón bajo la placa base. Se estima que la carga cortante se transfiere mediante una distribución de carga uniforme que actúa sobre toda la parte de la llave de corte embebida en el bloque de hormigón, es decir, todos los nodos de la llave de corte por debajo de la superficie del hormigón están cargados uniformemente. No se asume que la parte de la llave de corte por encima de la superficie del hormigón en el mortero transfiera la carga cortante.
Tenga en cuenta que el brazo de palanca entre la carga cortante aplicada (en la placa base) y la resistencia a cortante (semialtura de la llave de corte embebida en el hormigón) genera un momento flector que debe ser transferido por la fuerza de compresión en el hormigón y las fuerzas de tracción en los anclajes.
La llave de corte está compuesta por elementos finitos de lámina y se verifica como placas ordinarias. Asimismo, las soldaduras de la llave de corte a la placa base se verifican mediante procedimientos estándar en IDEA StatiCa Connection. El cálculo manual generalmente asume la teoría de vigas para la llave de corte, aunque no es preciso porque la relación longitud/anchura es muy pequeña para la llave de corte. Por lo tanto, puede haber una diferencia significativa entre IDEA StatiCa Connection y el cálculo manual.
Transferencia de la carga cortante por anclajes
La resistencia a cortante está determinada por la resistencia a cortante de los anclajes. La resistencia del acero de los anclajes tiene una curva carga-deformación elastoplástica, pero los modos de fallo del hormigón se consideran perfectamente frágiles.