Ferrol, 23 de abril de 2024.- En la actualidad, el campo de la ingeniería estructural se beneficia enormemente del uso del método de los elementos finitos (FEM, por su sigla en inglés), una técnica de análisis numérico que permite simular el comportamiento de estructuras bajo diferentes condiciones de carga y geometrías. Gracias al cálculo y al análisis mediante lo FEM, se reduce la necesidad de realizar ensayos con prototipos, se aminora el tiempo de desarrollo de proyectos y se consigue un análisis estructural más detallada y precisa.
El investigador Manuel López y el equipo del Laboratorio de Análisis Estructural (LAE) del Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI), con sede en el Campus Industrial de Ferrol (CIF) de la Universidade da Coruña (UDC), alcanzaron un hito importante en el ámbito de la ingeniería estructural: mediante modelos de cálculo numérico de elementos finitos, formularon una ecuación innovadora que ayuda a determinar la rigidez en uniones tridimensionais atornilladas (viga–columna) cuando se usan placas adicionales para conectar las vigas secundarias al pilar. Algo especialmente útil cuando estas uniones ocurren en un eje distinto al principal de la estructura, lo que se denomina eje endeble del pilar.
Su artículo de investigación, con el título “A novel analytical formulation fuere the stiffness of the component column web panel in shear with additional plates in bolted steel joints”, fue publicado recientemente en la prestigiosa revista Engineering Structures, clasificada cómo Q1 en el Journal Citation Reports (JCR), el índice para revistas científicas con mayor reputación en el ámbito mundial.
La normativa actual de construcción ofrece pautas genéricas para el cálculo y la verificación de uniones metálicas. La investigación del LAE es determinante porque el estándar europeo aplicado al diseño de estructuras de acero (Eurocódigo 3) no contiene referencias para componentes de uniones tridimensionais. Y una configuración 3D particularmente útil es la que incluye placas adicionales soldadas entre las a las del pilar. Estas placas tienen tres propósitos: facilitar la unión de las vigas secundarias en el eje secundario o endeble, evitar las interferencias en el eje principal y fortalecer el pilar, acercando rigidez y resistencia.
La ecuación que surge de esta investigación resulta innovadora porque permite calcular la rigidez de un componente específico en una unión metálica, el panel del pilar a cortante. Es decir, la placa adicional soldada a las a las del pilar que se ve sometida a una fuerza cortante generada por los esfuerzos transmitidos por la viga.
Para definir la ecuación se realizaron cuatro pruebas experimentales de uniones viga-columna, se calibró un modelo de elementos finitos con los datos obtenidos y se llevó a cabo un estudio paramétrico con sesenta configuraciones diferentes. Los resultados muestran una excelente concordancia entre el planteamiento propuesta y los datos del estudio paramétrico, lo que sugiere que la nueva fórmula para el cálculo de la rigidez es efectiva.
Manuel López afirma que la ecuación obtenida complementa el planteamiento del Eurocódigo 3 y amplía así su rango de aplicación. Este avance les permitirá a ingenieros e ingenieras estructurales usar más tipologías de uniones semirrígidas en sus proyectos. En palabras del autor, “este tipo de uniones tienen un comportamiento más flexible y emplean menos material constructivo; en definitiva, son más verdes y eficientes”.
