Influencia de la configuración de la conexión en la resistencia al punzonamiento de sistemas columna CFST‑losas de hormigón armado bajo carga excéntrica

Por qué importan las juntas más seguras en los edificios

En las ciudades modernas, los rascacielos dependen cada vez más de forjados planos sin vigas apoyados directamente sobre columnas robustas. Este aspecto limpio libera espacio interior pero oculta un punto vulnerable: la pequeña zona donde cada columna se encuentra con la losa de suelo. Si esa junta falla de forma repentina, la losa puede ‘‘punzonarse’’ alrededor de la columna y colapsar localmente. Este artículo explora cómo reforzar esa junta escondida para que sea mucho más resistente y tolerante, empleando detalles de acero inteligentes que pueden incorporarse desde el diseño en lugar de añadirse después como reparación.

Combinando tubos de acero y forjados planos

El estudio se centra en un sistema híbrido popular: columnas de tubo de acero rellenas de hormigón (CFST) conectadas a losas planas de hormigón armado. En estas columnas, un tubo de acero hueco se rellena con hormigón, combinando la resistencia y rigidez de ambos materiales. Las losas apoyan directamente sobre las columnas sin vigas profundas, lo que ahorra altura y hace que la distribución sea flexible. La contrapartida es que las cargas de los pisos superiores se concentran en una pequeña área de la losa alrededor de cada columna. Cuando la carga está descentrada respecto al eje de la columna —por ejemplo debido al uso desigual del espacio o a fuerzas sísmicas— la losa puede agrietarse y fallar de forma frágil por punzonamiento a menos que la junta esté cuidadosamente detallada.

Probando distintas formas de unir losa y columna

Para entender qué detalles funcionan mejor, los investigadores construyeron y ensayaron doce especímenes de losa y columna en laboratorio. Cada espécimen empleó la misma geometría de losa y columna CFST, pero la conexión entre ambos varió. Algunos no tuvieron preparación especial, sirviendo como control. Otros usaron bares de acero soldados alrededor del exterior del tubo, pernos cortos o largos encolados en la pared del tubo y anclados en la losa, o barras en forma de C enganchadas alrededor del tubo e embebidas en el hormigón. Varios especímenes combinaron estas ideas, como dos hileras de barras soldadas más cuatro pernos anclados en profundidad, o barras en C con diferentes longitudes de embebido. Todas las losas se cargaron cerca, pero no exactamente en, el centro de la columna para reproducir cargas excéntricas realistas.

Observando grietas, resistencia y ductilidad

Durante los ensayos, el equipo midió cuánto se deformaba cada losa, registró cuándo aparecían las primeras grietas visibles, siguió los patrones de fisuración y llevó los especímenes hasta la falla. La conexión simple rindió peor: se agrietó con una carga baja y falló de forma súbita cuando la columna punzonó la losa. Añadir incluso una sola hilera de barras soldadas elevó de forma significativa tanto la carga de fisuración como la capacidad última, y cambió el modo de falla de un punzonamiento frágil a un comportamiento más gradual de flexión combinado con punzonamiento. Usar dos hileras soldadas fue aún más eficaz, sobre todo cuando la armadura principal de la losa se colocó cerca de esas barras soldadas para que trabajaran conjuntamente en la transferencia de carga.

Pernos, disposición de armaduras y conectores en C

Las conexiones atornilladas también mejoraron el comportamiento de la junta, pero su eficacia dependió fuertemente de la profundidad de anclaje de los pernos en la losa. Aumentar la longitud de embebido desde unos poco profundos 16 mm hasta 48 mm casi triplicó la capacidad última y hizo que la respuesta carga‑desplazamiento fuera más dúctil, es decir, que la junta pudiera deformarse más antes de fallar. Afinar la disposición de la armadura alrededor de pernos largos aportó beneficios adicionales: una malla de acero o una capa extra de armadura superior ayudó a repartir tensiones y controlar grietas mucho mejor que simplemente separar las barras. De entre todos los detalles probados, las barras en forma de C con una longitud de embebido generosa se comportaron excepcionalmente bien, proporcionando alta resistencia, rigidez y capacidad de disipación de energía mientras mantenían patrones de fisuración más uniformes.

La mejor combinación de detalles

Los claros favoritos fueron los sistemas híbridos que combinaban distintos dispositivos de conexión para compartir la tarea de transmitir carga. Una junta que empleaba dos hileras soldadas de barras de mayor diámetro más cuatro pernos profundamente embebidos alcanzó la mayor capacidad entre las soluciones soldadas y mostró un ablandamiento muy gradual tras la carga máxima, señal de excelente tenacidad. Los conectores en C más largos ofrecieron una resistencia igualmente destacable con grandes deformaciones antes de la falla. En todos los especímenes, los factores más influyentes fueron el tipo básico de conexión, seguido de la profundidad de embebido de los anclajes mecánicos, siendo la disposición de la armadura una herramienta valiosa para el ajuste fino.

Qué significa esto para los edificios reales

Para no especialistas, el mensaje clave es que la forma en que unimos columnas de acero a forjados planos de hormigón puede marcar la diferencia entre una falla súbita y frágil y una junta que se fisura de forma más gradual y sigue transmitiendo carga. Diseñar desde el principio barras soldadas, pernos correctamente anclados o conectores en C —y colocar la armadura circundante para que trabajen en conjunto— permite a los ingenieros aumentar notablemente los niveles de carga que las juntas pueden soportar y dotar a las estructuras de más aviso y reserva de resistencia antes de la falla. Esto hace que los sistemas columna CFST‑losa no solo sean eficientes y arquitectónicamente versátiles, sino también más seguros y resilientes frente a las cargas desiguales y cambiantes que experimentan los edificios reales.

Cita: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mahfouz, Y.M.B. et al. Influence of connection configuration on the punching resistance of CFST column–RC slab systems under eccentric loading. Sci Rep 16, 12475 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46159-9

Palabras clave: columnas de tubo de acero rellenas de hormigón, punzonamiento en losas planas, conexiones losa‑columna, carga excéntrica, detallado de conexiones