Modelo de placa para madera aserrada con presencia de zonas nudosas

Modelo de Placa para Madera Aserrada con Presencia de Zonas Nudosas
La construcción de madera es una de las alternativas evaluadas por la industria de la construcción chilena para eventualmente reemplazar las construcciones de hormigón y acero. Sin embargo, en comparación con el hormigón y el acero, aún existe una falta de conocimiento sobre el comportamiento de los productos de madera elaborados con Pino Radiata cultivado en Chile y el efecto que provocan los defectos naturales en sus propiedades mecánicas. Este artículo tiene como objetivo contribuir al desarrollo de un modelo de placa de código abierto basado en Python que permita cuantificar los efectos de las áreas nudosas en el comportamiento de flexión de los elementos de madera.

Para cuantificar la precisión del modelo, se simuló una modelo computacional de un elemento de madera representativo de 120x20x6,5[cm] hecho de Pino Radiata cultivado en Chile. Se consideró una ley ortótropa rectangular para la madera constitutiva, considerando las propiedades obtenidas experimentalmente de la madera Pino Radiata cultivada en Nueva Zelanda. El modelo se consideró simplemente apoyado y cargado uniformemente con 4 [N/cm²] en toda la superficie. La geometría del elemento se discretizó en elementos de 1x1 [cm], creándose cuatros modelos computacionales con distintos elementos finitos con la finalidad de seleccionar el más idóneo. Para incluir el efecto del área nudosa en el modelo, se consideraron franjas de longitud discreta cuyas propiedades se calcularon mediante una ecuación de regresión lineal determinada experimentalmente a través del autor Blass, basada en el índice de área nudosa (KAR). Las dimensiones de las áreas nudosas (longitud del verticilo e internudos) se determinaron mediante el estudio de la especie Pino Radiata D. Don cultivada en Chile por el autor Millar.

Este artículo presenta un modelo computacional basado en Python de una placa de madera de la especie Pino Radiata D. Don cultivada en Chile. Se considera el efecto de áreas nudosas para la simulación de rigidez y resistencia en una placa simplemente apoyada sometida a flexión fuera del plano evaluando la falla con los criterios Von Mises normalizado y Tsai-Wu. El modelo computacional se implementa con base en la teoría de placas de Reissner-Mindlin, considerando los modelo ortótropo rectangular para simular el comportamiento de la madera. Cuando la relación del área nudosa (KAR) alcanza su valor máximo, 1, la rigidez y la resistencia disminuyen en un 19% y un 56%, respectivamente. Mediante el método Monte-Carlo se simulan 500 placas de madera distribuyendo aleatoriamente las longitudes de internudos y verticilos, lo que muestra una diferencia del 14% en el desplazamiento vertical. Se concluye que el modelo numérico de código abierto pudo capturar el efecto de las áreas nudosas en el comportamiento de flexión de los elementos de madera. El siguiente paso involucra las calibraciones de los parámetros de entrada del modelo numérico a partir de los resultados de prueba.