Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Thesis:
Análisis mediante simulación numérica de la pérdida de resistencia de la madera por la presencia de nudos
Year:2009
Research Areas
  • Construction materials,
  • Construction of engineering
Information
Abstract
Para el estudio del a influencia de los defectos en la madera se crea un modelo de elementos finitos, de generación propia, que permita la simulación de vigas con singularidades que prediga las cargas máximas eficaces; de modo que sea posible el estudio de cualquier viga con cualquier defecto. Para la creación del modelo se utiliza el programa comercial ANSYS y se introduce de forma innovadora la ley constitutiva elastoplástica y ortótropa ajustada al verdadero comportamiento de la madera, creando macros en lenguaje APDL. Se introducen, como datos de partida, las propiedades mecánicas de la especie Pinus sylvestris L., obtenidas mediante datos contrastados. En un análisis 2D en tensión plana, con espesor igual a la base de la sección, se realiza el modelo con elementos finitos Plane42 de cuatro nodos, buscando en todo momento la malla lo más uniforme posible. Para llevar a cabo el estudio, se generan cuatro submodelos que reproduzcan el ensayo a flexión de cuatro puntos, según la norma EN 408: 01. pieza libre de singularidades; 02. viga con presencia de agujeros provocados por nudos saltadizos; 03. viga con nudos totalmente adherentes, sin interrupción entre el material correspondiente a la madera del nudo y de la viga; 04. existencia de un contacto parcial entre el nudo y la viga, simulado mediante la incorporación de muelles de contacto entre estos dos materiales. Con el fin de validar el modelo creado, se miden las características generales y los nudos y desviaciones de fibra de 10 vigas reales reales de Pinus sylvestris L., de 3m de longitud y 45x145mm de sección. Éstas se someten a ensayos de flexión de cuatro puntos, según la norma UNE EN 408, y se compara la tensión de rotura obtenida con la resultante de la simulación numérica, con errores en el ajuste inferiores al 10%. Una vez validado el modelo, se crean 195 nuevas vigas virtuales, que permitan el estudio de la influencia que los nudos, por su tamaño y posición, tienen en la capacidad de carga de las piezas y relacionarlo con la atribución a clases resistentes que plantea la clasificación visual. Se consideran los tres tipos de modelización de nudos definidos anteriormente, para diámetros de nudo de 10mm, 20mm, 30mm, 40mm y 50mm y se estudia la variación de posición a lo largo del canto, dentro del tercio central de la viga, donde el momento flector es constante. A partir de los resultados obtenidos, se estudia la incidencia que los nudos tienen en la distribución de tensiones de las vigas de madera y la influencia que los índices de agotamiento paralela a la fibra, perpendicular a la fibra y de cortante, provocados por la presencia de nudos, tienen en la fuerza de rotura. Se crean, además, unas gráficas de rápida visualización, sobre el comportamiento de los distintos diámetros y posiciones de nudos en la viga, y cómo afectan al módulo de rotura. Por último, se presenta un nuevo modelo con aplicación práctica, útil como herramienta de cálculo, para la clasificación de vigas nuevas o de rehabilitación puestas en obra, que deduce la tensión de rotura y la zona de rotura en función de la posición y el tamaño del nudo a lo largo de toda la longitud de la viga.
International
No
Type
Doctoral
Mark Rating
Sobresaliente cum laude
Date
01/05/2009
Participants
  • Director: Francisco Arriaga Martitegui (UPM)
  • Director: Manuel Guaita Fernández (UPM)
Research Group, Departaments and Institutes related
  • Creador: Grupo de Investigación: Construcción con Madera
  • Departamento: Construcción y Vías Rurales
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