Muchas estructuras o elementos estructurales son expuestos a acciones repetitivas de carga. Además, usualmente las cargas son de forma cíclica dentro de unos límites amplios. Obviamente, el diseño de estas estructuras o elementos debe tener en cuenta la respuesta inelástica del material, en particular los efectos plásticos. El enfoque más antiguo y desarrollado es la teoría de análisis límite que permite predecir la carga última. Esta teoría que fue desarrollada intuitivamente en la década de 1930, y teórica y experimentalmente en la década de 1950, es ampliamente utilizada y ha sido adoptada por los códigos de diseño.
Sin embargo, en el caso de cargas cíclicas, la magnitud de la carga última no es el único factor característico de la seguridad estructural. Resultados experimentales han demostrado que, para ciertas estructuras, por encima de un valor particular de carga llamado límite de shakedown, se puede observar una acumulación de deformaciones plásticas llevando la estructura a deflexiones excesivas. Este tipo de comportamiento es llamado colapso incremental, (ratchet o ratchetting).
Investigaciones previas han demostrado que la mayor fuente de comportamiento inelástico de las vigas compuestas, sometidas a cargas cíclicas, es la fluencia del conector de cortante y el aplastamiento local del concreto en la base del conector. Por lo tanto, el colapso incremental de las vigas compuestas ocurre debido a la acumulación de daño en la conexión conector-concreto. Además, el colapso incremental inicia con niveles de carga relativamente bajos.
Por otro lado, en investigaciones previas se ha demostrado numéricamente que los conectores de perno soldado tienen un comportamiento más crítico ante cargas cíclicas que los conectores stud. Esto se atribuye al efecto que produce la zona roscada del conector, que actúa como fisura o muesca inducida.
Teniendo en cuenta lo anterior, se plantea la hipótesis de que el colapso incremental en vigas compuestas con losa maciza de concreto y conectores de cortante tipo perno soldado (vigas CMP) sometidas a cargas cíclicas unidireccionales, inicia en un rango más bajo de carga que las vigas compuestas con conectores de tipo stud.
Consecuentemente, las preguntas que intenta resolver esta investigación son las siguientes: ¿Cómo es el comportamiento de las vigas CMP ante cargas cíclicas unidireccionales?, ¿Cómo afecta la carga cíclica los parámetros de carga máxima, deformación máxima y carga de falla?, ¿En qué nivel de carga inicia el colapso incremental?, ¿Cuál es la tendencia de la deformación incremental?, ¿Cuál es el efecto del grado de interacción compuesta en el comportamiento de las vigas CMP ante cargas cíclicas?, ¿Cuál es la diferencia entre el comportamiento de las vigas de acero y las vigas CMP?, ¿Cómo es el desempeño de las vigas CMP ante cargas monotónicas y cíclicas respecto a las vigas de acero?.
En este proyecto de investigación se plantea desarrollar, de forma experimental, la hipótesis y las preguntas planteadas. Para esto se ensayarán tres vigas CMP a escala real, simplemente apoyadas, con diferente grado de acción compuesta, y sometidas a cargas cíclicas unidireccionales. Además, se ensayarán dos vigas de acero, una con carga incremental hasta la falla y la otra con cargas cíclicas. Para la comparación del comportamiento de las vigas CMP ante cargas cíclicas y monotónicas, se contará con los resultados experimentales de ensayos de vigas CMP con cargas monotónicas que se encuentran en ejecución en la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.
El proyecto se realizará con los estudiantes de pregrado que hacen parte del semillero de investigación en estructuras metálicas de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Se cuenta con el apoyo de un estudiante de doctorado quien actúa como estudiante líder. Al mismo tiempo, este proyecto servirá para incentivar la investigación en los estudiantes de pregrado y como clases prácticas de laboratorio. |