La Madera es un material natural utilizado en elementos estructurales dentro del
ámbito de la Ingeniería Civil. Por tratarse de un biomaterial, tiene características
complejas y variables. Particularmente, la madera proveniente de la especie
Eucalyptus grandis cultivado en la Mesopotamia Argentina es una de las aceptadas
para el uso estructural en el país por el Reglamento Argentino de Estructuras de
Madera CIRSOC 601. Las piezas de este material presentan una gran variabilidad en
sus propiedades en relación a otros materiales de uso estructural, la cual puede ser
explicada tanto por las características de su micro y macro estructura, la incidencia del
clima y el suelo, los procesos de producción, y la presencia de defectos que afectan su
comportamiento mecánico. Dentro de estos últimos, de singular importancia para el
uso estructural de este material, se destacan la presencia de médula y los nudos.
Ambos, se encuentran limitados en los métodos de clasificación por resistencia de
piezas estructurales. Debido a estos factores, la cuantificación de los efectos de la
variabilidad de las propiedades materiales en la respuesta estructural es de interés
dentro del ámbito del diseño ingenieril. Para ello, en el presente trabajo, se
combinaron tres ejes temáticos principales: el material, el modelado estocástico y el
modelado numérico. Estos ejes temáticos fueron empleados en la construcción de
modelos numérico-estocásticos aplicables a elementos estructurales desarrollados en el
entorno del Método de los Elementos Finitos. Estos modelos han sido calibrados y
validados con resultados experimentales existentes mediante simulaciones realizadas a
través del Método de Monte Carlo. Luego, fueron utilizados para la realización de
estudios de propagación de incertidumbres en la respuesta estructural. Se muestra que
un modelo estocástico del material que representa la variabilidad longitudinal de las
propiedades del mismo provee una respuesta estructural más próxima a la observada
en resultados experimentales. Además, como complemento al desarrollo numérico, se
realizaron nuevos ensayos experimentales, dinámicos y estáticos, tanto en tablas como
en vigas aserradas de dimensiones estructurales. Con el objetivo de validar las
hipótesis asumidas para el desarrollo de los modelos estocásticos. Sumado a esto, dado
que no se conocen valores precisos para este material se obtuvieron coeficientes de
amortiguamiento, los cuales son necesarios para el estudio de la respuesta estructural
bajo acciones dinámicas. Finalmente, y a los efectos de aplicar el modelo desarrollado
a una estructura, se realizó un estudio numérico sobre un modelo de puente peatonal
de madera con vigas laminadas bajo cargas dinámicas determinísticas y estocásticas
producidas por peatones. El mismo, se llevó a cabo para el estudio de las condiciones
de servicio. La cuantificación de incertidumbre pretende ampliar la información
resultante en la predicción de la respuesta así como la sensibilidad de la misma a la
variación de uno o más parámetros del sistema. En esta investigación, esto se logra a
través del desarrollo y aplicación de modelos numérico-estocásticos aplicables a
elementos estructurales y estructuras de madera aserrada. / Timber is a natural material employed for structural elements in the field of the Civil
Engineering. Being a biomaterial, it has complex and random characteristics.
Particularly, the Eucalyptus grandis cultivated in the Mesopotamic provinces of
Argentine is one of the timber species accepted for the structural use by the
Argentinean Standard of Timber Structures CIRSOC 601. The pieces of this material
have a high variability in their properties in relation to other materials for structural
use, which can be explained by the characteristics of its micro and macro structure, the
incidence of the climate and soil, the production processes, and the presence of defects
that affect its mechanical behavior. Within the latter, of singular importance for the
structural use of this material, the presence of pith and knots are emphasized. Both
types of defects are limited in the strength grading classification methods of structural
elements. Due to these factors, the quantification of the influence of the timber
material properties variability in the structural response is an important issue in the
structural design. In order to quantify this influence, three thematic areas are
combined: the material, the stochastic modelling and the numerical modelling. These
areas were employed in the construction of numerical-stochastic models applicable to
structural elements developed in the environment of the Finite Element Method. These
models have been calibrated and validated with existing experimental results through
simulations performed through the Monte Carlo Method. Then, they were used to
carry out uncertainty propagation studies on the structural response. It is shown that a
stochastic model of the material which represents the longitudinal variability of the
properties provides a structural response closer to the experimental results. In addition,
as a complement to the numerical development, new experimental dynamic and static
tests were performed in beams and boards of structural dimensions. The aim of these
tests is the validation of the assumptions taken into account in the development of the
stochastic models. In addition to this, since no precise values are known for this
material, damping coefficients were obtained, which are necessary for the study of the
structural response under dynamic actions. Finally, and in order to apply the developed
model to a structure, a numerical study of the structural behaviour of a timber
footbridge under the action of deterministic and stochastic models of walking loads
induced by pedestrians was performed. It was carried out in order to evaluate the
serviceability conditions. The uncertainty quantification aims to extend the
information resulting in the prediction of the response as well as the sensitivity to the
variation of one or more parameters of the system. In this work, this is achieved
through the development and application of numerical-stochastic models applicable to
structural timber elements and structures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/3422 |
| Date | 20 March 2017 |
| Creators | García, Diego Alberto |
| Contributors | Rosales, Marta B., Piter, Juan Carlos |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 2 |
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