Rigidez de la unión y su uso en el análisis global

El diagrama momento-rotación es uno de los resultados de la aplicación Connection de IDEA StatiCa. Proporciona un comportamiento bastante preciso de una junta particular ante una carga estática particular. Pero, ¿qué ocurre si hay diferentes tipos de carga? ¿Si esta carga se supera y se producen deformaciones plásticas significativas? ¿Si existen tolerancias de fabricación relativamente elevadas?

Clasificación

Lo más importante es el efecto sobre:

1. Las fuerzas internas en la estructura, tanto en los elementos como en las juntas (estado límite último)
2. Las deformaciones (estado límite de servicio)

El Eurocódigo EN 1993-1-8:2005 aborda esta cuestión en el Capítulo 5. Las uniones viga-columna se clasifican según la rigidez inicial como:

• Articuladas - la junta no transmite ningún momento flector
• Semirrígidas - la junta transfiere algunos momentos flectores y su comportamiento debe tenerse en cuenta en el análisis global
• Rígidas - la junta no tiene efecto en el análisis, los elementos están conectados rígidamente entre sí

Es posible que haya observado que la norma no menciona las juntas en voladizo. Esto se debe a que la clasificación no es importante. La junta en voladizo siempre debe transferir el momento flector completo.

Juntas en el análisis global

Ninguna junta es idealmente articulada o rígida, pero los límites de clasificación del apartado 5.2.2.5 fueron diseñados para limitar el error a:

• 5% para fuerzas internas 
• 20% para deformaciones

Este posible error se muestra en la siguiente figura con el ejemplo de una viga conectada a un pilar en ambos extremos. La curva azul muestra el momento flector en las juntas y la curva roja el momento flector en el centro del vano de la viga. Las fuerzas internas apenas cambian en la región articulada y rígida, pero cambian rápidamente en la región semirrígida. Observe también la escala logarítmica para la rigidez a flexión. Esto significa que la rigidez puede cambiar incluso 100 veces y tendrá un efecto muy pequeño si la junta permanece en la región rígida o articulada.

Todo esto significa que podemos utilizar una junta rígida o articulada en el análisis global sin preocuparnos por su rigidez real.

¿Pero qué hacer con las juntas semirrígidas?

IDEA StatiCa muestra el comportamiento de la junta como si fuera completamente nueva y cargada solo una vez con un caso de carga particular. Pero existen muchas incertidumbres. La junta puede haber sufrido algunas deformaciones plásticas en el pasado, puede estar oxidada y los trabajadores pueden haber utilizado métodos poco adecuados para ensamblar la junta y eliminar las tolerancias de fabricación. Para las juntas semirrígidas, la rigidez inicial se utiliza en el análisis global solo si M_j,Ed nunca supera 2/3 M_j,Rd durante toda la vida útil de la estructura. Esto raramente ocurre, pero puede ser el primer paso para determinar M_j,Ed. Si el momento flector de cálculo supera 2/3 M_j,Rd en cualquier caso de carga, la rigidez inicial reducida por el factor \(\eta\) de la Tabla 5.2 debe utilizarse en el análisis global:

Resumen

En la mayoría de los casos, la rigidez inicial (no la rigidez secante) obtenida como resultado de IDEA StatiCa Connection debe utilizarse en el análisis global. La rigidez inicial asumida a 2/3 M_j,Rd se utiliza para la clasificación de la junta.

• Juntas rígidas - mantener los elementos unidos en el nodo
• Juntas articuladas - añadir una rótula perfecta
• Juntas semirrígidas:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - usar S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - usar S_j,ini / \(\eta\)

Descargas adjuntas

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)