CONSTRUCCIÓN

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con los campos técnicos de la Mecánica y Construcción, debido a que proporciona un conector de cortante tipo T; un sistema de piso conformado de elementos metálicos y losa de concreto, el cual comprende al conector de cortante tipo T; y un método para la construcción de dicho sistema de piso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, para unir las vigas metálicas con el concreto de una losa se usan conectores o pernos tipo Nelson, los cuales son muy eficientes para formar un comportamiento compuesto entre elementos de acero y de concreto. Sin embargo, su fabricación es por medio de un proceso de ponchado en frío o acero colado, la cual es relativamente costosa. Otra desventaja de los conectores tipo Nelson es que debido a su diseño estructural existe un factor de grupo que castiga su resistencia cuando se colocan de manera cercana entre si para incrementar la capacidad de la conexión. Adicionalmente, al aumentar el diámetro de dicho pernos Nelson para incrementar la capacidad de la conexión, puede generar que el aplastamiento del concreto se vuelva critico para el diseño.

Otro conector usado es el denominado tipo Canal, el cual es fabricado con perfiles laminados, pero no es eficiente al tipo de esfuerzos al que se somete al formar la acción compuesta entre la losa de concreto y la viga de acero. Para el conector tipo canal, el diseño es controlado por una combinación de esfuerzos a flexión y cortante relativamente altos afectando el alma del canal. El alma de los canales es la parte más delgada, lo que la hace la parte más débil de la sección para resistir este tipo de esfuerzos.

Khorramian y colaboradores (07 de diciembre de 2015), divulgaron un estudió de la aplicación de conectores de corte en ángulo en posiciones inclinadas, donde se describe que el perfil de acero en ángulo se ha utilizado en diferentes posiciones como conectores de corte en forma de L o C. En este estudio se investigó el comportamiento de conectores de cizallamiento en ángulo de forma inclinada bajo carga monótona utilizando pruebas experimentales de empuje. Se probaron ocho muestras de empuje para investigar los efectos de diferentes parámetros de ángulo en la capacidad de carga máxima de los conectores. Se consideraron dos ángulos de inclinación diferentes de 112.5 y 135° entre la pata angular y la viga de acero. Además, se variaron los tamaños y longitudes de los ángulos. Se observaron dos modos de fallas diferentes que consisten en aplastamiento-división del concreto y fractura del conector. Al aumentar el tamaño del conector, la carga máxima aumentó en la mayoría de los casos. En general, los conectores de cizalla de ángulo inclinado de 135 grados tienen una mayor resistencia y rigidez que el tipo de 112.5°.

Por su parte el documento de patente KR1170897B1 divulga una estructura de junta de viga-losa usando una viga compuesta que no requiere un revestimiento ignífugo separado y pueda reducir la altura del piso. La placa del ala se compone de una superficie inclinada que se extiende oblicuamente hacia abajo desde un extremo de una placa horizontal superior y una superficie fija que se extiende horizontalmente desde el extremo de la superficie inclinada, y se perforan una pluralidad de agujeros de relleno de hormigón en la superficie inclinada, y la superficie fija es la placa horizontal inferior y las vigas de acero superiores colocadas entre placas horizontales. Con una placa de encofrado acoplada a la placa del ala en la parte inferior de la viga de acero y concreto que llena el espacio rodeado por la placa horizontal superior, la placa de ala y la placa de encofrado, hacen que se integren con la viga de acero, y la placa de encofrado se retira después de curar el hormigón, y la superficie fija es la placa horizontal inferior y las vigas de acero superiores quedan colocadas entre las placas horizontales.

Con la finalidad de contrarrestar los inconvenientes antes mencionados, se desarrolló un conector de cortante tipo T, el cual es útil en la construcción de un sistema de piso.

Los detalles característicos de la presente invención se detallan en la siguiente descripción, ejemplos y figuras, cuya finalidad es demostrar solamente su concepción y algunas de sus realizaciones, en donde:

La figura 1 es una vista en perspectiva convencional del conector de cortante tipo T, de la presente invención.

La figura 2 es otra vista en perspectiva convencional del conector de cortante tipo T, según la presente invención.

La figura 3 es una vista lateral del conector cortante tipo T, en cuestión. La figura 4 es una vista en perspectiva convencional de varios conectores cortantes tipo T, dispuestos en su posición de uso sobre unos elementos de acero que, en conjunto con la losa de concreto, forman un sistema de piso compuesto.

La figura 5 es la vista en perspectiva convencional de la figura anterior, donde se muestran la adición de una malla de refuerzo.

La figura 6 es la vista en perspectiva convencional de la figura anterior, pero ahora se observa la inclusión de concreto.

La figura 7 es un corte longitudinal del sistema de piso compuesto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un conector de cortante tipo T para unir las vigas y/o elementos metálicos con una losa de concreto; dicho conector de cortante tipo T es una alternativa a los pernos tipo Nelson y a los conectores de cortante a base de secciones tipo Canal que se utilizan para lograr un comportamiento compuesto entre elementos de acero y elementos de concreto para resistir efectos de diferentes tipos de carga estructural.

Por lo que un primer objeto de la presente invención es un conector de cortante tipo T, el cual se compone de: i) una primera placa cuadrilátera (1); y ii) una segunda placa cuadrilátera (2) fija perpendicular y transversalmente, por medio de uno de sus lados, en la parte media de la primera placa cuadrilátera (1), conformando asi una pieza con la forma de una T. Una realización del conector de cortante tipo T, de la presente invención, es cuando la longitud de la segunda placa cuadrilátera (2) es 32.33% menor que la longitud de la primera placa cuadrilátera (1); aunque también cabe la realización cuando la longitud de la primera placa (1) es dos veces la longitud de la segunda placa (2), de tal manera que, los tres extremos del conector de cortante tipo T tiene la misma longitud entre si.

Una modalidad del conector de cortante tipo T, en cuestión, es cuando las placas cuadriláteras (1 y 2) tienen anchuras diferentes entre si; aunque no se descarta la modalidad cuando tienen anchuras iguales entre si dichas placas (1 y 2).

Una variante más del conector de cortante tipo T de la presente invención, es cuando las placas cuadriláteras (1 y 2) tienen grosores o espesores diferentes entre si, pero también pueden tener grosores o espesores iguales entre ellas.

Una realización más de dicho conector de cortante tipo T, es cuando las placas (1 y 2) son fabricadas de un material resistente a la flexión, compresión y cortante; por ejemplo, un material metálico, el cual puede ser acero, más preferente acero A992 grado 50.

En otra modalidad más del conector de acuerdo con la presente invención, es cuando ambas placas cuadriláteras (1 y 2) son: rectangulares, cuadrangulares, trapezoidales, una combinación de estas formas, o cualquier otra forma que permita la configuración y funcionamiento de dicho conector. Una variante más del conector acorde a la presente invención es cuando además comprende, un elemento de fuerte fijación (no ilustrado) para unir y fijar fuertemente a las placas cuadriláteras (1 y 2) entre si. Esta realización se refiere cuando el conector es fabricado con dos placas separadas; ya que también puede ser elaborado en una sola pieza por medio de un molde, proceso de laminación, etc.

El medio de fuerte fijación (no ilustrado) puede ser seleccionado del siguiente grupo: soldaduras, pegamentos o adhesivos, mecanismos de ensamble, sistemas machihembrados, una combinación entre ellos, por citar algunos ejemplos.

Un segundo objeto de la presente invención es un sistema de piso conformado de elementos metálicos (3, 4 y 6) y losa de concreto (5), donde dicho sistema de piso comprende, al menos, un conector de cortante tipo T, como el que propone y se ha descrito en la presente invención, para unir a los elementos metálicos (3 y 4) con la losa de concreto (5); donde el conector de cortante tipo T se fija sobre los elementos metálicos (3 y 4) por medio del extremo libre de la segunda placa cuadrilátera (2) y cualquiera de los extremos de la primera placa cuadrilátera (1), quedando en una posición ladeada y embebido en la losa de concreto (5). Los elementos metálicos son: vigas metálicas (4), losas metálicas (3) y/o mallas de refuerzo (6), preferentemente.

La fijación del conector de cortante tipo T con los elementos metálicos (3 y 4) debe ser por medio de cualquier elemento de fuerte fijación (7), tales como: soldadura, pegamento o adhesivo, un mecanismo de ensamble, un sistema machihembrado, una combinación entre ellos, etc. La presente invención tiene como tercer objeto, un método para construir el sistema de piso, de acuerdo con la presente invención, donde dicho método comprende las siguientes etapas: i) fijar, al menos, un conector de cortante tipo T, sobre los elementos metálicos (3 y 4) por medio del extremo libre de la segunda placa cuadrilátera (2) y cualquiera de los extremos de la primera placa cuadrilátera (1), quedando en una posición ladeada; ii) aplicar un elemento de fuerte fijación (7), en el punto donde hacen contacto los bordes de los extremos de las placas cuadriláteras (1 y 2) con los elementos metálicos (3 y 4); y iii) agregar una mezcla de concreto sobre los elementos metálicos y el conector de cortante tipo T, para formar la losa de concreto (5).

El elemento de fuerte fijación (7) que se puede utilizar para unir el conector de cortante tipo T con los elementos metálicos (3 y 4), puede ser soldadura, pegamento o adhesivo, un mecanismo de ensamble, un sistema machihembrado, etc.

Ventajas del conector cortante tipo T, de la presente invención, sobre los conectores convencionales

Una de las ventajas del conector tipo T con respecto a los conectores de tipo Nelson y tipo Canal es el comportamiento mecánico. Los conectores tipo Nelson y tipo Canal, son controlados por la combinación de esfuerzos de flexión y cortante; mientras que el conector tipo T soporta una combinación de esfuerzos axiales y de flexión, debido a que su uso es en una posición ladeada; donde el acero es mejor para resistir la combinación de esfuerzos, debido a dicha posición ladeada.

Los Pernos Nelson son muy eficientes para formar un comportamiento compuesto entre elementos de acero y de concreto. Sin embargo, su fabricación es costosa porque se fabrican por medio de acero colado o un proceso de ponchado en frió. Mientras que, los conectores tipo T de la presente invención, se pueden fabricar al cortar de perfiles laminados, lo cual es un proceso más eficiente y económico.

Otra ventaja de los conectores tipo T Ladeada respecto a los Pernos Nelson es que para el diseño estructural de los Pernos Nelson existe un factor de grupo que castiga su resistencia cuando se colocan de manera cercana entre si para incrementar la capacidad de la conexión. En contraste, el conector tipo T sólo requiere un incremento de sus dimensiones, pero permanecerá siendo un solo conector. Además, el incrementar el diámetro de los Pernos Nelson para incrementar la capacidad de la conexión puede generar que el aplastamiento del concreto se vuelva critico; pero el incrementar la dimensión de los conectores tipo T mantiene una misma relación, por lo que no incrementa la probabilidad del aplastamiento del concreto.

Para el conector tipo canal, su diseño es afectado por una combinación de esfuerzos a flexión y cortante relativamente altos, afectando el alma del canal. El alma de los canales es la parte más delgada, lo que la hace la parte más débil de la sección para resistir este tipo de esfuerzos. Para el conector tipo T, su diseño es afectado por tensión en su segunda pieza (2) o por una combinación de esfuerzos axiales y de flexión relativamente altos y un esfuerzo cortante -g- relativamente bajo en los extremos, que hacen contacto con los elementos metálicos (3 y 4), de las piezas (1 y 2).

EJEMPLOS

Los siguientes ejemplos se incluye solamente de manera ilustrativa, como una demostración de la concepción y algunas realizaciones preferentes de la presente invención; por lo tanto, no deben ser considerados como una limitante para los alcances de dicha invención.

Ejemplo 1. Conector de cortante tipo T, de 5 cm de largo.

Se fabricó un conector de cortante tipo T, para ello se utilizó una primera placa rectangular (1) de 103.0 x 50.0 x 10.3 mm; y una segunda placa rectangular (2) de 69.7 x 50.0 x 6.7 mm; ambas placas fueron de acero A992 grado 50 con una resistencia a fluencia de 3,515 Kg/cm ² . La segunda placa rectangular (2) se soldó perpendicular y transversalmente por medio de uno de sus extremos en la parte media de la primera placa rectangular (1), con una soldadura E7018 de una resistencia nominal de 4,900 Kg/cm ² , conformando asi una pieza en forma de una T, ver figuras. El conector de cortante T obtenido tuvo las siguientes características estructurales: un peso de 0.60 Kg, cuyos efectos técnicos fueron: una capacidad conectora de 14,934 Kg, la cual fue un 27.3% superior con respecto a los conectores de cortante tipo canal; si bien es cierto que su peso aumentó un 11.2% con respecto al peso de los conectores de cortante tipo canal, pero aún así mostró un incremento de eficiencia de un 14.47%. Dicho conector de cortante tipo T tuvo una capacidad de ruptura a tensión de la segunda placa (2), en su posición ladeada, de 15,081 Kg.

Ejemplo 2. Construcción de un sistema de piso, utilizando conectores de cortante tipo T.

El sistema de piso se construyó usando vigas (4) de acero, sobre las cuales se colocó una losacero (3) acanalada, y en cada uno de sus canales se soldó 1 conector de cortante tipo T descritos en el ejemplo anterior, el cual se posicionó de manera ladeada, o sea que dos de los extremos del conector tipo T se fijaron a la viga a través de la losacero (3), ver figuras 4, 5 y 7. De tal manera que el extremo que hace contacto con la losacero (3) o viga (4), de la primera placa (1) soporta mayores esfuerzos axiales, de compresión y flexión; y el otro extremo de dicha primera placa (1) soporta esfuerzos menores axiales, de cortante y flexión, que son causados por la losa de concreto (5). Se colocó una malla de refuerzo (6) sobre la losacero (3) y los conectores de cortante tipo T; y después se agregó una mezcla de concreto convencional, para formar la losa de concreto (5). De esta manera, las vigas (4), malla de refuerzo (6) y losacero (3), se conectaron con la losa de concreto (5) por medio de los conectores de cortante tipo T.

Este ejemplo ilustró una acción compuesta que consistió en la losa de concreto (5) sujeta a compresión, la viga de acero (4) sometida a tensión y los conectores de cortante tipo T uniéndolos para generar un solo elemento que resiste esfuerzos de flexión. Los esfuerzos de los elementos del conector de cortante tipo T fabricado según el ejemplo 1, soportaron los siguientes esfuerzos en su posición ladeada e inmersos en la losa de concreto (5), mostrados en los cuadros 1, 2 y 3.

Cuadro 1. Esfuerzos en la segunda placa (2).

Cuadro 2. Esfuerzos en el extremo inferior de la primera placa (1).

Cuadro 3. Esfuerzos en el extremo superior de la primera placa (1). CITAS BIBLIOGRÁFICAS

Khorramian K, Maleki S, Shariati M, Ramli Sulong NH (2015) Behavior of Tilted Angle Connectors . PLoS ONE 11(2): e01448945.