Como se describió anteriormente, la validación de los canalones Dalla como sistema arriostrante horizontal parte de la premisa que no presentan inestabilidad global ni local ante la acción de las cargas gravitacionales y sísmicas a las que eventualmente estará sometido. Se realiza un análisis de pandeo elástico para evaluar la estabilidad de los canalones con la longitud tipo del proyecto de la planta Plywood de CMPC Maderas en Mininco, es decir 1160cm.
Para detectar fenómenos de inestabilidad global y local se construyeron modelos con elementos finitos tipo Shell de 10cm de longitud a lo largo del eje del elemento hasta completar la extensión de 1160cm. A estos modelos se le aplicaron distintas configuraciones de carga y se sometieron a un análisis de
pandeo para determinar el valor propio del primer modo de pandeo. La Figura 4-1 ilustra la representación de la sección transversal del canalón Dalla construida con elementos finitos y una vista general del modelo numérico.
Figura 4-1: Sección transversal del canalón Dalla y su representación con elementos finitos (arriba) y vista general del modelo numérico.
Los tipos de carga considerados son los siguientes: peso propio del canalón Dalla (PP) considerando un peso unitario del hormigón de 2.4 Ton/m3; carga de techumbre (CT) consistente en planchas de acero cincada 5V y acanalada, usuales en este tipo de estructuras, que según la norma NCh 1537 Of 1986 es de
0.007 Ton/m2; sobrecarga de uso (SC) para techos conforme a la norma NCh 1537 de 0.1 Ton/m2, pero considerando la reducción por área tributaria es igual a 0.072 Ton/m2; y carga horizontal (CH) de 1.0 Ton aplicada en uno de los extremos en dirección perpendicular al eje del canalón Dalla.
En todos los casos se consideró el efecto del pretensado (PT) no como una carga externa sino por medio de tendones que transmiten las tensiones a lo largo del canalón Dalla. Se efectúan 4 análisis de estabilidad involucrando la acción de una o más cargas, la influencia del grado de restricción en los apoyos y determinando la carga de pandeo para los casos analizados. Para evaluar la influencia del grado de restricción en los extremos se consideraron modelos con apoyos simples asignados en la primera línea de los nodos en cada extremo en la base del canalón Dalla y otros modelos con apoyos en las dos primeras líneas de nodos en cada extremo. Los casos A consideran dos líneas de nodos apoyados en cada extremo, mientras que los B solo en una, como se observa en la Figura 4-2.
Figura 4-2: Modelos con dos líneas de apoyo en cada extremo (Caso A) y con una línea de apoyo en cada extremo (Caso B).
La carga horizontal unitaria aplicada en uno de los extremos pretende emular la tributación sísmica de un marco intermedio con falla prematura que exige la norma NCh 2369 Of.2003 para el análisis y diseño de sistemas de arriostramientos horizontales de naves industriales con columnas en voladizo. La Figura 4-3 ilustra la acción de la sobrecarga de uso (SC) y carga horizontal (CH) impuestas en el modelo numérico y que son objeto del análisis de pandeo elástico.
Figura 4-3: Acción de la carga de techumbre CT (arriba) y carga horizontal CH (abajo) en los modelos 1A y 2A respectivamente.
La Tabla 4-1 entrega un resumen de los casos estudiados y los resultados de carga de pandeos obtenidos.
Tabla 4-1: Casos y resultados de análisis de estabilidad.
Caso Líneas de apoyo en los extremos Cargas Carga para análisis de pandeo Carga de Pandeo Elástico (SC o CH) 1A 2 PT + PP + CT SC 2.93 Ton/m 2 1B 1 SC 2.28 Ton/m3 2A 2 PT + PP + CT CH 17.1 Ton 2B 1 CH 12.6 Ton
Se aprecia en los resultados anteriores que ante las condiciones impuestas en al análisis de pandeo elástico de la sobrecarga de uso (SC) no se presenta inestabilidad del elemento ya que las cargas de pandeo en los casos 1 y 1A son mayores que las analizadas en cada modelo -los valores propios del factor de pandeo en cada caso son mayores que 1-. El considerar menos líneas de nodos apoyados en cada extremo reduce la carga de pandeo en un 22% en el caso de la sobrecarga de uso (SC).
En cuanto al análisis de pandeo elástico para la carga horizontal unitaria (CH) la disminución de la carga de pandeo al considerar menos líneas de nodos apoyados en cada extremo es de 26%. Los resultados de la carga horizontal (CH) de pandeo elástico deben comparase con la carga aferente a cada canalón que resulte del análisis sísmico de una estructura con la falla de una marco intermedio.
En cuanto a los tipo de inestabilidad observados se puede decir que en los casos de análisis de pandeo elástico para la sobrecarga de uso (SC) el tipo de pandeo es lateral torsional y local aproximadamente en el centro de la luz; para los análisis de pandeo elástico con carga horizontal unitaria en uno de los extremos
se presenta una situación similar a la anterior pero con el pandeo local más cercano al apoyo opuesto al que se aplica la carga. La Figura 4-4 ilustra las deformadas de los modos de pandeo para el análisis de estabilidad ante la acción de la sobrecarga de uso (SC) y carga horizontal unitaria (CH).
Figura 4-4: Modos de pandeo del análisis de estabilidad para la sobrecarga de uso SC (izquierda) y carga horizontal unitaria CH (derecha).
Como conclusión general de este análisis se tiene que los canalones Dalla son estables ante la acción de cargas gravitacionales y los casos de carga horizontal deben compararse con los resultados del análisis sísmico de la estructura. Para la acción de cargas gravitacionales de servicio la falla del elemento está controlada por la resistencia del elemento y/o la conexión y no por algún tipo de inestabilidad.