Evaluación sismorresistente de una estructura de madera contralaminada

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es realizar un modelo numérico de una estructura de CLT a nivel global,
partiendo de modelos aislados de conexiones desarrollados en un trabajo previo realizado en la Escuela Técnica
de Ingenieros Industriales (UPM) por Beatriz Aviñó (1). Se busca reproducir fielmente la respuesta no lineal de un
edificio de CLT de dos plantas que se ensayó en una investigación de la Universidad de Minho (2). Una vez
modelizado, comparar su respuesta con los resultados experimentales para ajustar el modelo numérico y validarlo,
de manera que los criterios de modelado sirvan de referencia para estudiar la respuesta de este tipo de estructuras
frente a cargas sísmicas.
Numerosos estudios han determinado que el comportamiento frente a cargas cíclicas de una estructura de
CLT, depende principalmente de los elementos metálicos de unión de los paneles que aportan la ductilidad a la
estructura y son capaces de disipar la energía. Por consiguiente, este proyecto se concentra especialmente en los modelos de comportamiento de las conexiones mecánicas y su desempeño como parte del conjunto de la
estructura. La respuesta de las uniones metálicas se caracteriza por una relación fuerza-desplazamiento no lineal
e inelástica, una degradación del material al llegar al desplazamiento mínimo de cada ciclo de carga y unos bucles
de histéresis que se estrechan cerca del origen (efecto “pinching”).
El trabajo previo de caracterización de un módulo de panel con sus herrajes caracteriza el comportamiento
de las uniones mediante una relación no lineal e inelástica de fuerza-desplazamiento, la degradación de fuerza y
de rigidez con cada ciclo de carga y bucles de histéresis “pinzados” debido a un aplastamiento de la madera en los
conectores provocando un pinzamiento de la ley histerética.
Las dos principales uniones son escuadras de tipo hold-down (en concreto elige la unión HTT22), diseñado
para soportar los escuerzos a tracción, y escuadras de tipo angle bracket (en concreto las AE116) encargadas de
los esfuerzos a cortante.
Tras considerar varios softwares, el trabajo previo concluye que el modelo Pivot de SAP2000 es la perfecta
combinación entre un modelo simplificado y a la vez representativo de la respuesta buscada. Este modelo se
caracteriza porque en la curva fuerza-deformación, la descarga y la carga inversa tienden a dirigirse hacia puntos
específicos, denominados puntos pivote. Se ha definido mediante una curva primaria y los ciclos de descarga. El
modelo no incluye degradación de fuerza y rigidez, por ello se caracteriza esta curva primaria considerando la
resistencia del tercer ciclo de carga. Por otro lado, la respuesta de los herrajes a cortante es simétrica porque debe
responder de la misma forma en los dos sentidos. Cabe mencionar que los ensayos se consideran lo
suficientemente lentos para considerar las solicitaciones estáticas. Es decir, que no se tiene en cuenta el efecto
de velocidad de carga.
El trabajo previo ajusta el modelo de comportamiento de los herrajes en SAP2000 de acuerdo a los
resultados experimentales de una campaña de ensayos a uniones metálicas realizados también en la Universidad
de Minho (3). Para cada uno de los dos tipos de uniones, calibra por separado la respuesta frente a solicitaciones
cortantes y frente a solicitaciones normales, siendo despreciable la contribución a cortante del hold-down. Se da
por válido el modelo de herrajes porque se logra un nivel de disipación de energía muy similar al observado en los
ensayos experimentales.
Para finalizar con este modelo, Beatriz incorpora los herrajes modelizados a un panel de dimensiones 2,95
x 2,95 m, con un grosor de 85 mm, compuesto por cinco capas de 17 mm de espesor cada una. Se incluyen seis
uniones metálicas: dos hold-downs en los extremos y cuatro angle brackets en la parte central, para representar
el panel ensayado en el documento de referencia.
En cuanto al modelo en SAP2000, los paneles de madera se representan mediante elementos superficiales
de tipo “shell” delimitados arriba y abajo por elementos viga tipo “frame”. A ambos elementos se les asigna un
material definido por el propio trabajo que se denomina “timber” y reúne las propiedades de madera
contalaminada de clase resistente C24. Las uniones metálicas se representan mediante un elemento “joint link”
que consiste en sección muelle de tipo plástico multilineal que siguen el modelo histerético Pivot.
En conclusión, de acuerdo al trabajo desarrollado, se ha logrado reproducir bastante fielmente la respuesta
de una estructura de CLT en un régimen no lineal. Se considera que el trabajo muestra un criterio de modelizado
de estructuras de CLT que puede resultar de gran utilidad durante la fase de concepción y comprobación de una
estructura de CLT frente a cargas sísmicas.
A lo largo de este documento se trata de indagar en uno de estos aspectos de la construcción con paneles
de CLT que todavía requiere un mayor desarrollo, como es la respuesta de las estructuras frente a sismo. La
cantidad de factores que intervienen en el comportamiento frente a sismo, como la degradación del conector
metálico, la deformación de los tornillos, el aplastamiento de la madera o la fricción entre paneles entre muchos
otros fenómenos, complican el análisis sismorresistente de estas estructuras. Por lo tanto, establecer un criterio
de modelización fiable podría facilitar esta tarea y posiblemente acabar con una de las trabas que impiden el
asentamiento del CLT como sistema constructivo.