ANALISIS NUMERICO – EXPERIMENTAL DE ANALISIS NUMERICO – EXPERIMENTAL DE CONECTORES DE SECCION MIXTA CONECTORES DE SECCION MIXTA

DE HORMIGON-MADERA LAMINADA SOMETIDO DE HORMIGON-MADERA LAMINADA SOMETIDO A ESFUERZOS DE CORTEA ESFUERZOS DE CORTE

Autores:Autores:Ing. Federico Solari Ing. Federico Solari Mg. Ing. Raúl Astori Mg. Ing. Raúl Astori Mg. Ing. Ricardo Barrios D'Ambra Mg. Ing. Ricardo Barrios D'Ambra Ing. Luis KosteskiIng. Luis Kosteski

Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional del NordesteFacultad de Ingeniería – Universidad Nacional del NordesteResistencia – Chaco – ArgentinaResistencia – Chaco – Argentina

ANTECEDENTESANTECEDENTES

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 METODOSMATERIALES 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 esquemática-mente 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:

Diagrama Cargas – Desplazamientos relativos para MCV

Se representan las curvas Cargas-Desplazamientos relativos correspon-dientes las probetas ensayadas para cada modelo de conector y una curva con los valores promedios de desplazamientos relativos para cada nivel de carga.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

DEF (mm)

CA

RG

A (

KG

)

PROBETA V.1

PROBETA V.2

PROBETA V.3

PROMEDIOV123

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800

DEF (mm)

CA

RG

A (

KG

)

PROBETA X.4

PROBETA X.6

PROMEDIO X46

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 RESULTADOSDISCUSION DE RESULTADOS

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 comporta-miento 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 represen-tados mediante elementos tipo Resorte, que pretenden simular el comportamiento de los mismos. Las propiedades de los materiales utilizados figuran en Tabla

Modelado Numérico

Tipo de ElementoModulo de Elasticidad

(kg/cm2)

Ancho modelado (cm)

PLANO 2D para madera

100000 8

PLANO 2D para Hormigón

300000 60

RESORTE para conector

2100000 --

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)

Propiedades de los elementos

Distribución de tensiones σy para las distintas disposiciones

MCLV

MCLX

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)

Comportamiento No Lineal:

Con el Modelado Lineal calibrado, se in-troduce al Elemento resorte, un comporta-miento no lineal, de manera de reproducir numéricamente, el comportamiento de los conectores del prototipo experimental ob-servado en los Diagramas Cargas-des-plazamientos Para analizar el comportamiento No Lineal de ambos tipos de Modelados se obtienen Curvas Cargas-Desplazamien-tos, para las cuales se calculan los des-plazamientos relativos entre dos nodos re-presentativos, ubicados en los centros de las secciones de madera y Hº, geométri-camente coincidentes con la ubicación de los nodos donde se miden los desplaza-mientos relativos en los ensayos experi-mentales.

14 66

Curvas Cargas-Desplazamientos para MCV-NL

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0,0000 0,5000 1,0000 1,5000 2,0000 2,5000 3,0000 3,5000

Desplazamiento (mm)

Car

ga

(Kg

)

Modelado MCV

Experimental V123

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0,000000 0,200000 0,400000 0,600000 0,800000 1,000000 1,200000

Desplazamiento (mm)

Car

ga

(kg

)

Modelado MCX

Experimental X46

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 MCV-NL y MCX-NL, con las obtenidas en los Ensayos Experimentales realizados para cada tipo de probeta.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

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

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

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.

AGRADECIMIENTOSAGRADECIMIENTOS

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 hicie-ron posible la realización y presentación de este trabajo.

FINFIN