UNAL obtiene patente en conector para estructuras de acero y concreto

Los investigadores Maritzabel Molina Herrera, profesora de la Facultad de Ingeniería de la UNAL, y Xavier Fernando Hurtado Amézquita, candidato a Doctor en Ingeniería Civil de la UNAL, son los creadores del conector de cortante tipo CSC (Confined Shear Connectors), cuyo objetivo es formar una adecuada transferencia de esfuerzos entre las losas de concreto y los perfiles en lámina delgada, sistema que se puede emplear en entrepisos o “planchas” en las edificaciones.

El espesor de los perfiles en lámina delgada es de 2 a 3 mm, lo que los hace livianos y versátiles. Sin embargo, los expertos comentan que por su esbeltez tienden a pandearse en determinadas condiciones de carga y a reducir su capacidad ante las soldaduras. Los conectores avalados hoy por las normas de construcción son de uso exclusivo para perfiles estructurales convencionales, ya que se instalan aplicando soldadura.

“Nuestra motivación principal fue desarrollar una solución que aproveche las ventajas de los perfiles de lámina delgada, muy utilizados en la industria colombiana por ser livianos y versátiles. Sin embargo, la ausencia de especificaciones de diseño de conectores de cortante para este tipo de perfiles limitaba su uso para secciones compuestas”, explica el investigador Hurtado.

Por su parte, la profesora Molina relata que a mediados de 2005 surgió la idea de plantear conectores de cortante para perfiles en lámina delgada, dado que durante ensayos experimentales del comportamiento de los conectores tipo tornillo se evidenciaron diferencias entre los sistemas compuestos con perfiles en lámina delgada y aquellos con perfiles convencionales.

“Esto fue un indicador de la necesidad de especificar, tanto por diseño como por construcción, un tipo de conector que se adaptara al comportamiento de los perfiles de lámina delgada en las secciones compuestas”, precisa.

El conector tipo CSC –conector de corte de confinamiento– desarrollado es un dispositivo que resuelve ese problema, pues por su esbeltez mejora la transferencia de cargas entre el perfil de acero y las losas de concreto, evitando la soldadura en su instalación.

Ensayos detrás de su materialización

Los investigadores llevaron a cabo un extenso desarrollo metodológico que incluyó modelación computacional, optimización estadística de parámetros y un riguroso plan de ensayos experimentales.

“Realizamos más de 30 ensayos con diferentes variables como la resistencia del concreto de la losa, su espesor (entre 100 y 140 mm), el espesor del perfil de acero (entre 2 y 3 mm) y las separaciones entre conectores, a fin de desarrollar un sistema robusto y seguro a partir de resultados estadísticamente confiables”, detalla el ingeniero Hurtado.

En el conector CSC existen dos componentes de innovación cruciales: la geometría y el sistema de fijación. Visualmente es como una S alargada (∫), la cual se obtuvo a partir de un proceso de optimización mecánica y estadística que permitió simular diferentes geometrías a través de ANSYS Workbench, un software de análisis por método de elementos finitos.

“Este conector no es vertical ni tiene un ángulo aleatorio; tiene un ángulo de inclinación de 65° respecto a la horizontal, y además 4 perforaciones estratégicas para asegurar una mejor integración con el concreto. El diseño también facilita el flujo del concreto durante el vaciado, reduciendo los vacíos que puedan comprometer la integridad estructural”, explican los expertos.

El importante uso de este sistema se corrobora con la concesión de la patente otorgada por la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC) a la UNAL, considerándolo como novedoso, con altura inventiva y con aplicaciones industriales.

La profesora Molina explica que “la versatilidad del sistema lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones en edificaciones residenciales, comerciales e industriales”.

Con este importante paso que dan en la industria, los investigadores esperan que su sistema sea adoptado ampliamente, lo que se traduciría en edificaciones seguras y menores costos. “Algunas empresas del sector de la construcción en acero han mostrado interés en incorporar nuestro sistema en sus productos”, manifiestan los expertos de la UNAL.