El elemento macro desarrollado en la Universidad de Trento
Hoy en día, el modelado de edificios de madera con un software de elementos finitos podría ser complicado: en particular, la evaluación correcta de la rigidez lateral de los muros es difícil de determinar, ya que depende de diferentes contribuciones (deformaciones por corte de las paredes, deformaciones de las conexiones, rotación del cuerpo rígido debido a las deformaciones de los herrajes) que son difíciles de definir en el modelo.
Por otro lado, con el software TimberTech Buildings, la definición y el modelado de muros de madera (CLT o de entramado ligero) se obtiene fácilmente porque El “ensamblaje” de todos los componentes del muro corresponde a los modelos numéricos implementados derivados de la investigación realizada en la Universidad de Trento.
El modelo implementado en el software es capaz de considerar todos los componentes de rigidez en un muro de madera y de sus conexiones. Una descripción detallada del modelo se puede encontrar publicado en el documento “Daniele Casagrande, Simone Rossi, Tiziano Sartori, Roberto Tomasi: “Propuesta de un procedimiento analítico y un modelo numérico simplificado para la respuesta elástica de muros a cortante de madera de una sola planta, en la edición de la revista Construction and Building Materials (2015) ”.
Modelo para muros de CLT
Modelado de un muro de entramado
CASO PRÁCTICO
INTRODUCCIÓN
Esta sección muestra una comparación entre un modelado de un muro de entramado con un software de elementos finitos y un modelado con el software TimberTech Buildings. El objetivo de esta comparación es calcular y comparar las diversas contribuciones de rigidez dadas por los elementos que forman el muro.
Se modela un muro de entramado con montantes y durmientes y completado con tableros estructurales utilizados para transferir las cargas horizontales a la base de la estructura.
El desplazamiento horizontal elástico de un muro de entramado en madera liviana sometida a una fuerza horizontal se puede obtener agregando las siguientes contribuciones de deformación.
Desplazamiento debido a las conexiones
Desplazamiento debido a las conexiones entre el tablero y el entramado.
Desplazamiento debido a los tableros
Desplazamiento debido a los tableros.
Desplazamiento debido a la traslación
Desplazamiento debido a la traslación.
Desplazamiento debido al vuelco del cuerpo rígido
Desplazamiento debido al vuelco del cuerpo rígido.
MODELADO CON UN SOFTWARE DE ELEMENTOS FINITOS
Modelar un muro de entramado a través de un software de elementos finitos es muy costoso y complicado. Como se muestra en la siguiente figura, para evaluar correctamente la rigidez horizontal de la pared, se debe usar:
- Elementos de “frame” para modelar los entramados;
- Elementos de “shell” para modelar el tablero;
- Elementos de “link” para modelar las conexiones entre el tablero y el marco. Cada unión está modelada con un vínculo con la rigidez real de la fijación;
- Elementos de “link” para simular los herrajes.
MODELADO CON EDIFICIOS TIMBERTECH
Modelar con TimberTech Building es muy simple y rápido. El usuario debe definir las propiedades geométricas y mecánicas para cada tipología de muro.
Propiedades del entramado
Propiedades de los tableros
CASO PRÁCTICO
Con este ejemplo, se muestra una comparación entre el software TimberTech Buildings y un software de elementos finitos para un muro de entramado con una longitud de 2 m y una altura de 3 m. El muro presenta las siguientes características:
- El entramado tiene un espesor de 160 mm, el ancho de los montantes es igual a 100 mm y el espaciamiento es de 1000 mm;
- el tablero estructural es un OSB / 2 con un espesor de 12,5 mm. La rigidez de los clavos es de 918 N / mm. El espaciado de los herrajes externos es de 100 mm y el espaciado de los herrajes internos es de 200 mm;
- El muro está sujeto a los cimientos con una escuadra con una rigidez de 19977 kN / m y con dos soportes angulares con una rigidez de 52186 kN / m.
Resultados
Comparación entre los resultados obtenidos con Timbertech Buildings y los resultados obtenidos con un software de elementos finitos.
Contribuciones a la deformación
Contribuciones a la deformación obtenidas con TimberTech Buildings.
En la imagen de arriba, podemos ver cómo los resultados del modelo analítico implementado en Timbertech Buildings son muy similares a los resultados obtenidos con un software de elementos finitos. Hemos logrado una rigidez de muro muy cercana a la obtenida con un software de elementos finitos a pesar de un modelado más simplificado de la pared.
En la imagen anterior, se muestra que la contribución de la deformación dada por la traslación del cuerpo rígido es insignificante. Por otra parte, las deformaciones de los herrajes y el vuelco de cuerpo rígido (conexión de amarre) son muy importantes.
Deformada tablero a entramado
Deformada descuadre de tablero a cortante
Traslación del cuerpo sólido
Vuelco del cuerpo sólido
Modelado de un muro de CLT
CASO PRÁCTICO
INTRODUCCIÓN
Esta sección muestra una comparación entre un modelado de un muro de CLT con un software de elementos finitos y un modelado del mismo muro con el software TimberTech Buildings. El objetivo de esta comparación es calcular y evaluar las diversas contribuciones de rigidez dadas por los elementos que forman el muro.
El desplazamiento horizontal elástico de un muro de CLT ensamblado y sometido a fuerzas horizontales se puede obtener agregando las siguientes contribuciones de deformación:
- El desplazamiento debido a la deformación de las articulaciones;
- El desplazamiento debido a la deformación por cortante del panel;
- El desplazamiento debido a la traslación del cuerpo rígido (escuadras a cortante);
- El desplazamiento debido a la rotación del cuerpo rígido (escuadras a tensión).
MODELADO CON UN SOFTWARE DE ELEMENTOS FINITOS
Como se muestra en la siguiente figura, para evaluar correctamente la rigidez horizontal del muro se debe usar:
- Elementos tipo “shell” para modelar los paneles CLT;
- Elementos tipo “link” para modelar las articulaciones de unión entre los paneles CLT;
- Elementos de “link” para simular los herrajes de las fijaciones.
MODELADO CON EDIFICIOS TIMBERTECH
Modelar un muro de CLT con uniones mediante el programa TimberTech Building es muy simple y rápido. El usuario debe definir las propiedades geométricas y mecánicas para cada tipología completa de muro.
Propiedades de los muros de CLT en TimberTech Buildings
Tipología de las uniones
CASO DE ESTUDIO
En este estudio se quiere comparar el análisis entre el software TimberTech Buildings y un software de elementos finitos para muros conjuntos de CLT. El ejemplo del muro tiene una longitud de 7,5 m y una altura de 3 m. El muro de CLT presenta las siguientes características:
- Los paneles tienen un espesor de 120 mm (30 V – 20 H – 20 V – 20 H – 30 V) y una longitud de 1250 mm;
- Los paneles están unidos con una tabla en la superficie del muro. Las fijaciones tienen una separación de 125 mm y una rigidez de 1881 kN / m;
- El muro está fijado a la cimentacoón con un herraje que presenta una rigidez de 19977 kN / m y con dos soportes angulares con una rigidez de 52186 kN / m.
Resultados
Contribuciones a la deformación en Timbertech Buildings
En la tabla anterior, podemos ver cómo los resultados del modelo analítico implementado en TimbertechBuildings son muy similares a los resultados obtenidos con un software de elementos finitos. Logramos una rigidez en la pared que es muy similar a la obtenida con un software de elementos finitos a pesar de ser este un modelado más simple del muro.
Deformada de la unión de muros de CLT
Deformación del muro a cortante
Traslación del cuerpo sólido
