El propósito de este trabajo fue estudiar el comportamiento mecánico elástico del tallo del bambú y su modelación en elementos finitos lineales. Con el objeto de calcular el módulo de elasticidad longitudinal y circunferencial así como el módulo de rigidez a cortante se realizaron modelos de elementos finitos y se definieron protocolos para los ensayos de flexión, compresión diametral y torsión. Las probetas fueron extraídas de tallos de bambú Mosó, bambú Metake y Guadua. Adicionalmente se usaron modelos micromecánicos para calcular valores del módulo de elasticidad longitudinal y el módulo de elasticidad circunferencial, a partir de las constantes elásticas de la fibra y matriz. El valor promedio encontrado con los modelos micromecánicos para el módulo de elasticidad longitudinal (10.8 GPa) estuvo dentro del rango de valores reportados en la literatura, y para el módulo de elasticidad circunferencial los valores predichos por el modelo (en torno a 2.8 GPa) son aproximadamente el doble de los valores encontrados experimentalmente. En las modelaciones en elementos finitos fueron usados elementos ladrillo de ocho nodos, transversalmente isótropos. La modelación del ensayo de compresión diametral mostró que las imperfecciones en la circunferencia del bambú no ocasionan errores mayores al 7% en los resultados. La modelación de los ensayos de flexión y torsión fue hecha con tres mallas que representaron con distinto grado de exactitud la geometría real de las probetas. El ajuste del módulo de elasticidad longitudinal en el modelo de flexión permitió llegar a una coincidencia entre datos experimentales y numéricos del 88%. El modelo de torsión mostró que las variaciones del momento polar de inercia a lo largo de las probetas, no induce un error mayor al 3% en el cálculo de su módulo de rigidez a partir de datos experimentales. La presencia de los diafragmas nodales en el modelo no aportó una rigidez significativa a torsión o flexión. Las modelaciones hechas con mallas simplificadas de forma cilíndrica reprodujeron acertadamente la respuesta global de los ensayos. Los datos experimentales de un ensayo de flexo – torsión fueron comparados contra resultados del modelo y se encontró una correspondencia de deflexiones de 68%, mientras que para los giros no se presentaron discrepancias mayores al 7%. La investigación dejó de relieve la fuerte anisotropía que exhibe el bambú, las posibilidades que ofrecen los modelos micromecánicos para el estudio de esta anisotropía y la viabilidad de hacer modelaciones con elementos finitos para entender mejor su comportamiento mecánico.
Keywords:
Bambú; anisotropía; isotropía transversal; constantes elásticas; modelos micromecánicos; modelación en elementos finitos