ANALISIS NUMERICO – EXPERIMENTAL DE
CONECTORES DE SECCION MIXTA
DE HORMIGON-MADERA LAMINADA SOMETIDO
A ESFUERZOS DE CORTE
Autores:
Ing. Federico Solari
Mg. Ing. Raúl Astori
Mg. Ing. Ricardo Barrios D'Ambra
Ing. Luis Kosteski
Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional del Nordeste
Resistencia – Chaco – Argentina
ANTECEDENTES
Se presenta un estudio numérico - experimental de dos modelos de
conectores, sometiendo los prototipos de sección mixta de hormigón madera a cargas estáticas.
El modelo analizado reproduce parte de la sección de madera vinculada a
la placa de hormigón mediante conectores formados por barras de acero
de 12 mm de diámetro.
Los prototipos se someten a ensayos de corte, obteniéndose para cada
caso curvas de desplazamiento relativo versus carga aplicada. Las
mediciones de los desplazamientos se realizan con apreciación de lectura
de 0.01mm. Los modelados numéricos de los prototipos se realizan
utilizando un programa de aplicación de MEF.
Finalmente se comparan los resultados obtenidos experimentalmente con
los de los modelados numéricos evaluando y comparando la eficiencia de
cada uno de los sistemas de conexión propuestos.
MATERIALES Y METODOS
Ensayo Experimental:
Las probetas de ensayo de corte consisten en dos prismas rectangulares de
Hormigón, unidos a un cuerpo central de madera mediante conectores de
barras de acero de 12 mm de diámetro. se puede observar esquemáticamente las probetas ensayadas, diferenciándose ambos tipos de modelos de
conector, denominados respectivamente, Conectores en V y Conectores en
X.
Modelo con Conectores en V (MCV)
Modelo con Conectores en X (MCX)
El programa de ensayo está formado por 6 probetas sometidas a ensayos de
corte en el plano de vinculación entre madera y hormigón.
Las probetas son sometidas a ensayos de corte en el plano de vinculación
entre madera y hormigón, obteniéndose en cada caso la curva carga versus
desplazamiento relativo La aplicación de la carga se realiza mediante una
máquina de ensayo universal con capacidad de 1000 KN. Las lecturas de los
desplazamientos se realizan a través de un extensímetro mecánico con
apreciación de 0,01 mm.
Esquema e imágen del ensayo
Resultados Experimentales:
5000
4500
4000
3500
CARGA (KG)
3000
PROBETA V.1
2500
PROBETA V.2
PROBETA V.3
2000
PROMEDIO
V123
1500
1000
500
0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
DEF (mm)
Diagrama Cargas – Desplazamientos relativos para MCV
Se representan las curvas Cargas-Desplazamientos relativos correspondientes las probetas ensayadas para cada modelo de conector y una
curva con los valores promedios de desplazamientos relativos para cada
nivel de carga.
8000
7000
6000
CARGA (KG)
5000
PROBETA X.4
PROBETA X.6
PROMEDIO X46
4000
3000
2000
1000
0
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
DEF (mm)
Diagrama Cargas – Desplazamientos relativos para MCX
En el caso del modelo con Conectores en X, se descarta una de las
curvas, por error de procedimiento. Las curvas representadas, manifiestan
un comportamiento casi lineal, hasta valores de carga cercanos a los
2500 Kg (MCV) y los 4000 kg (MCX), a partir del cual se puede considerar
un comportamiento no-lineal.
DISCUSION DE RESULTADOS
Modelado Numérico
Para verificar los resultados experimentales
se analizan numéricamente los prototipos
utilizando un programa de aplicación del
Método de los elementos finitos (MEF). Se
realiza primero un análisis con comportamiento lineal de los materiales para ajustar la
primer parte de la curva experimental. Con el
modelo calibrado se procede al análisis del
comportamiento no lineal de los conectores.
El modelado se realiza utilizando un Modelo
Simplificado, donde el Hormigón y la madera
son representados por elementos tipo Plane
2D. En cambio, los conectores son representados mediante elementos tipo Resorte, que
pretenden simular el comportamiento de los
mismos. Las propiedades de los materiales
utilizados figuran en Tabla
Tipo de Elemento
Modulo de
Elasticidad
(kg/cm2)
Ancho
modelado (cm)
PLANO 2D para
madera
100000
8
PLANO 2D para
Hormigón
300000
60
RESORTE para
conector
2100000
--
Propiedades de los elementos
Comportamiento Lineal:
Para simular el comportamiento del conector se utiliza en una primera
etapa el elemento resorte con comportamiento lineal, donde se analizan
conectores con distinta disposición, adoptando para cada uno su
respectivo modulo de desplazamiento k, obtenido de su curva promedio
experimental
Para este modelado se obtienen los gráficos de Distribución de
Tensiones indicados en Figura, similares a los obtenidos en publicaciones
anteriores (Astori y otros, 2006)
Para este modelado se obtienen los gráficos de Distribución de Tensiones
indicados en Figura, similares a los obtenidos en publicaciones anteriores
(Astori y otros, 2006)
MCLV
MCLX
Distribución de tensiones σy para las distintas disposiciones
Comportamiento No Lineal:
Con el Modelado Lineal calibrado, se introduce al Elemento resorte, un comportamiento no lineal, de manera de reproducir
numéricamente, el comportamiento de los
conectores del prototipo experimental observado en los Diagramas Cargas-desplazamientos
Para analizar el comportamiento No
Lineal de ambos tipos de Modelados se
obtienen Curvas Cargas-Desplazamientos, para las cuales se calculan los desplazamientos relativos entre dos nodos representativos, ubicados en los centros de
las secciones de madera y Hº, geométricamente coincidentes con la ubicación de
los nodos donde se miden los desplazamientos relativos en los ensayos experimentales.
14
66
4500
4000
3500
Carga (Kg)
3000
2500
Modelado MCV
Experimental V123
2000
1500
1000
500
0
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
Desplazamiento (mm)
Curvas Cargas-Desplazamientos para MCV-NL
7000
6000
Carga (kg)
5000
4000
Modelado MCX
Experimental X46
3000
2000
1000
0
0,000000
0,200000
0,400000
0,600000
0,800000
1,000000
1,200000
Desplazamiento (mm)
Curvas Cargas-Desplazamientos para MCX-NL
En ambos Diagramas, se puede observar un alto grado de coincidencia
entre la curva Carga – Desplazamiento, obtenida en los Modelados MCVNL y MCX-NL, con las obtenidas en los Ensayos Experimentales
realizados para cada tipo de probeta.
CONCLUSIONES
Sobre el Ensayo Experimental:
.
La reducida dispersión registrada en los ensayos experimentales confiere
confiabilidad al método utilizado y a los valores obtenidos.
La ocurrencia de la rotura en la zona de anclaje en la madera en la
totalidad de las probetas ensayadas indica la posibilidad de revisar para
futuros trabajos las características de anclaje de las barras de acero en la
madera
CONCLUSIONES
Sobre los distintos tipos de Modelado:
Las distribución de tensiones en la madera y el hormigón obtenidas
para cada tipo de probeta en el Modelado Simplificado, considerando los
resortes con comportamiento lineal, se ajustan a las obtenidas en
Modelados Completos de trabajos previos, indicando el buen ajuste
logrado con el modelo para el comportamiento lineal del conector.
Mediante la consideración del comportamiento no lineal de los resortes
en los modelados numéricos reemplazando los conectores reales, se
pudieron ajustar las curvas carga-desplazamiento logrando una muy
buena coincidencia con las curvas experimentales, lo que permitirá
simplificar el modelado numérico en aplicaciones de mayor dificultad.
AGRADECIMIENTOS
A la Secretaría General de Ciencia y Técnica de la UNNE, A la
Facultad de Ingeniería de la UNNE y en especial al Instituto de
Estabilidad y al Departamento de Mecánica Aplicada, que hicieron posible la realización y presentación de este trabajo.
FIN
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