Anàlisi d'elements finits: fallada per vinclament de murs de maçoneria
La prova experimental a ser modelada consisteix en mur de maçoneria sotmès a compressió excèntrica en el plànol i articulat per tots dos extrems. Per a això, hem de representar les ròtules reals. I, com alguns murs es reforcen amb tèxtils embeguts en morters (TRM), també modelem aquest reforç superficial.
El model es basa en una hipòtesi de deformació plana. Cada fila de maçoneria (incloent una fila de maons i la corresponent mitja junta de morter en cada costat) està modelada homogèniament com una part que està en contacte amb les d'al voltant. Les ròtules reals s'han simplificat amb dos triangles, un en cada extrem de la paret, i com l'anàlisi de les mateixes queda al marge de la recerca, la geometria de les ròtules reals no és necessària.
Per cada fila, associem una part rectangular a un de les vores lliures de les parts que representen la maçoneria. Això està pensat per representar la capa de reforç TRM.
Propietats materials
La manera de fallada hauria d'estar associat a la inestabilitat geomètrica (vinclament), per la qual cosa les propietats més importants dels materials són aquelles relacionades amb la deformació de la paret (mòdul d'elasticitat) i la resistència a flexió de les juntes, la qual determina l'obertura entre les files facilitant que es produeixi el vinclament. La resistència a la compressió no és la propietat més significativa d'aquesta anàlisi.
Per aquestes raons, es decideix modelar la maçoneria i la capa de reforç TRM com a materials isòtrops homogenis. Es modela amb plasticitat perfecta el comportament a compressió més enllà de la resistència a compressió. Pot ser que aquesta no sigui el comportament més realista però és senzill i representa la majoria dels casos en els quals la tensió màxima està lluny de la resistència a compressió.
Es modela el contacte entre les files de maçoneria i entre les capes de TRM amb un criteri de zona cohesiva (CZM) per representar el comportament a la tracció d'aquests dos materials composts, que es fracturen en aconseguir la resistència a tracció. Aquesta resistència i l'energia de fractura de la primera manera són els paràmetres usats per definir els contactes.
Condicions de contorn i procés de càrrega
La paret està connectada amb els cossos que representaven les dues ròtules dels seus extrems (triangles) amb contactes fixos. El triangle inferior té impedits els moviments de translació del vèrtex lliure i només pot girar modelant la ròtula inferior. De la mateixa manera, el triangle superior té impedit el moviment horitzontal en el vèrtex lliure, però el moviment vertical està imposat per una rampa (100 passos), sent la condició de càrrega.
Mallado
El mallado de la paret i del TRM és homogeni i estructurat mitjançant elements de quatre costats. S'utilitzen opcions automàtiques de mallado, però es fixa la grandària (després d'un estudi de convergència) en un valor màxim de 10 mm pel mallado de maçoneria i de 3 mm pel de TRM.
Configuració de l'anàlisi
Les dues principals característiques del model són la possibilitat de desenvolupar grans deformacions i una anàlisi passo a pas a través de 100 passos, durant el qual la càrrega s'aplica gradualment.
La simulació calcula sempre uns passos més enllà de la màxima capacitat de càrrega de la paret, per la qual cosa es pot determinar la manera de col·lapse sense haver d'entrar en una anàlisi explícita.
Resultats
Es realitza la simulació de diferents murs i es comparen amb els resultats de proves experimentals. Totes les simulacions donen com resultat un col·lapse per vinclament a causa de les condicions de contorn i a la manera en la qual es defineix el model. Es comprova que existeix una clara dependència de l'excentricitat de la càrrega i de l'esbeltez del mur. Els efectes de les imperfeccions geomètriques reals es van representar detalladament perquè es va utilitzar la geometria real de cada mur assajat.
Una vegada validat, el model va permetre l'ampliació del rang de l'estudi: analitzar murs amb major esbeltez o diferents excentricitats de càrrega a les de les proves experimentals, amb diferents sistemes de reforç TRM, amb diferents condicions de contorn i amb diferents tipus de maçoneria.
Conclusions
Definir detalladament el comportament a tracció en maçoneria i TRM és essencial per realitzar la simulació de la resposta estructural de les parets de maçoneria (reforçades o no) correctament subjecta a condicions geomètriques, condicions de contorn o condicions de càrrega que fan el vinclament la principal causa de col·lapse.
El model de zona cohesiva (CZM) aplicat en els contactes que representen les juntes de morter horitzontals de la paret real, és la millor solució pel micromodelado a l'entorn d'Ansys.
Els resultats obtinguts representaven fidelment les proves experimentals. L'anàlisi d'elements finits realitzat va permetre ampliar el rang de l'estudi per obtenir informació pràctica addicional sobre l'aplicació de sistemes de reforç TRM o de comportament d'estructures més complexes, més semblants a les aplicacions reals de la maçoneria.
