Análisis Numérico Bidimensional de Especímenes de Doble Corte en Estructuras Compuestas de Madera y Concreto

Efectos de las Dimensiones del Tornillo y la Densidad de la Madera

Resumen

Este estudio investiga el comportamiento de las conexiones por tornillos en estructuras compuestas de madera y concreto (TCC) utilizando modelado de elementos finitos bidimensionales con el software LUSAS. La investigación se centra en la capacidad de fuerza de corte y rigidez de los tornillos dispuestos en una formación paralela de 90 grados dentro de una configuración de prueba de corte doble. Una revisión exhaustiva de la literatura proporcionó los datos necesarios sobre las resistencias de incrustación de los tornillos en madera y concreto. Se realizaron simulaciones de elementos finitos de estructuras TCC, las cuales fueron validadas con base en hallazgos experimentales previos. El análisis examinó cómo las variaciones en el diámetro del tornillo, la profundidad y la densidad de la madera afectan el rendimiento de la conexión. Los resultados indican que un tornillo de 10 mm de diámetro con una profundidad de incrustación de 100 mm y densidad de madera de 476 kg/m³ alcanza una capacidad de fuerza de corte de 11,80 kN, un desplazamiento máximo de 16,48 mm y una rigidez de 701 N/mm. La reducción del diámetro del tornillo a 8 mm y 6 mm da lugar a capacidades de corte más bajas de 9,45 kN y 7,07 kN, con una rigidez correspondiente de 574 N/mm y 438 N/mm. De manera similar, la reducción de la profundidad del tornillo a 80 mm y 60 mm reduce las capacidades de corte a 9,34 kN y 7,01 kN, con rigidez de 572 N/mm y 437 N/mm, respectivamente. El aumento de la densidad de la madera a 600 kg/m³ mejora la capacidad de fuerza de corte a 14,70 kN y la rigidez a 980 N/mm. Los hallazgos demuestran que diámetros de tornillos más grandes, mayores profundidades de incrustación y mayores densidades de madera mejoran significativamente la capacidad de fuerza de corte y la rigidez de las conexiones por tornillos en estructuras TCC. El principal hallazgo de esta investigación es la identificación del modo de fallo de las conexiones por tornillos, que está influenciado por las propiedades de la madera, el concreto y el tornillo. Cuando la resistencia del concreto supera la resistencia de la madera, la falla ocurre debido al aplastamiento de la madera, mientras que se espera la deformación del tornillo y el aplastamiento de la madera cuando las tensiones de interacción superan la tensión de fluencia en la interfaz madera-tornillo. Este estudio proporciona información crucial para optimizar las conexiones por tornillos en el diseño de TCC y contribuye al desarrollo de códigos de diseño más efectivos para compuestos de madera y concreto.