Comportamiento de uniones en K en estructuras galvanizadas de celosía con perfiles tubulares RHS

Abstract

La galvanización de estructuras metálicas es una práctica tremendamente habitual a la hora de proteger a éstas frente a situaciones de corrosión agresiva. Las dificultades que surgen al tratar de soldar piezas galvanizadas: hay que cepillarlas para eliminar el recubrimiento, soldar y posteriormente, aplicarles pinturas o sprays ricos en zinc (lo que aporta un recubrimiento de menor calidad que la obtenida mediante el proceso de inmersión en caliente) unido a las cada vez mayores capacidades de las empresas galvanizadoras, hace que en el caso concreto de las celosías, la opción más habitual pase por fabricar la estructura (o al menos una parte de ella) y tratar el conjunto sumergiéndolo en el baño de zinc fundido. Sin embargo, el tratar de sumergir una celosía de acero en una cuba conteniendo zinc líquido no es una tarea sencilla ya que el peso específico de los dos metales es similar. Si, además, algunos de los elementos de la estructura (las barras de relleno que van soldadas en todo el perímetro en sus dos extremos a los cordones) contienen aire en su interior que no puede ser evacuado, convierte la ¿flotabilidad¿ del elemento en un serio problema. Para resolverlo, desde hace tiempo se viene empleando una solución muy sencilla: ejecutar unos orificios en estas barras de relleno en zonas cercanas a los cordones para permitir la salida del aire contenido (y la entrada de zinc líquido) facilitando así, la introducción de la estructura en la cuba. Ahora bien, si se realiza un agujero en un elemento estructural principal, ¿cómo afecta esto a su capacidad resistente? Y si el agujero se realiza en las proximidades de la unión, ¿cómo afecta esto a la resistencia de la unión? La primera pregunta tiene una solución relativamente sencilla, ya que se puede considerar, en los cálculos propuestos por el Eurocódigo 3, la presencia, en esa zona concreta, de una sección eficaz. Ahora bien, en el caso de las uniones, dado que las expresiones propuestas son, en muchos casos, semi-empíricas, la solución no resulta tan evidente. Así, el presente trabajo trata de dar respuesta, precisamente, a esta última cuestión. Para ello, se ha llevado a cabo una simulación numérica por Elementos Finitos, incluyendo un análisis paramétrico basado en el Diseño de Experimentos ¿ DOE ¿ con el objetivo de tratar de conocer con detalle el mecanismo de transmisión de tensiones dentro de la unión, descubriendo así las zonas más afectadas por dichas tensiones y, por tanto, la influencia que pueden tener los agujeros de ventilación y drenaje en la capacidad de carga del nudo. De cara a validar el modelo numérico, se ha desarrollado un plan de ensayos, consistente en el análisis de 16 nudos con parámetros (fundamentalmente geométricos) diferentes. La correlación observada entre los resultados de los ensayos experimentales y las simulaciones numéricas han permitido concluir que el modelo empleado en la simulación era válido. Así, tras el estudio de los resultados obtenidos, la primera conclusión ha sido que la presencia de los agujeros de ventilación y drenaje propuestos para las uniones en K entre perfiles RHS, tiene una influencia prácticamente nula en la capacidad resistente del nudo. Asimismo, una segunda conclusión, al comparar los resultados del estudio con los resultados esperados para estas uniones (sin agujeros) empleando las ecuaciones de cálculo del Eurocódigo 3, es que estas últimas no parecen representar con suficiente seguridad el comportamiento de los nudos estudiados. Por lo tanto, en base a los resultados obtenidos y al análisis detallado de la transmisión de tensiones entre los diferentes elementos de la unión, al final de la presente Tesis Doctoral se propone una expresión de cálculo alternativa a la recogida en el Eurocódigo que se adecúa mejor a los resultados observados dentro de un rango de validez determinado.