Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
de tracción y cortante no pueden ser adicionadas por incurrir dos rigideces diferentes, así es que la verificación en el EC5 consiste en considerar únicamente el máximo de los siguientes 2 valores
3 El desgarro parcial en bloque (plug tear out shear). Este fenómeno, es similar al anterior, pero se produce principalmente en uniones de clavos que no penetran totalmente la madera. Aunque no está estipulado explícitamente en la NCh1198, su cálculo es sencillo: bastaría con adicionar la resistencia al corte del plano inferior conformado por el área delimitada entre la distancia longitudinal de una hilera de conectores y la separación entre hileras extremas. Se recomienda además minorar la resistencia siguiendo cualquiera de los dos criterios expuestos anteriormente, i.e. 0,5 según método NCh1198/NDS y combinar con tracción o 0,7 según método EC5 y combinar solo con cortante.
4 Agrietamiento (splitting). Este fenómeno consiste en el agrietamiento a lo largo de la línea de conectores. A diferencia de los fenómenos anteriores, el agrietamiento, no suele verificarse explícitamente y se suele más bien considerar de forma indirecta en el cálculo, el uso de prácticas constructivas y el empleo de refuerzos. Las principales causas y medidas de mitigación de este fenómeno se describen a continuación:No emplear pretaladrado en conectores gruesos. Para evitarlo es imperativo cumplir las especificaciones constructivas de las normas y también las entregadas por el fabricante. La ausencia de pretaladrado, además de incrementar el riesgo de agrietamiento presenta otros inconvenientes. Al no realizar un orificio, las fibras se desvían de su situación axial, ver Figura 1.2.11.2, por lo que se pueden generar concentraciones de tensiones muy indeseables en las zonas próximas a los conectores. Esta situación se contempla en algunos códigos como el EC5, al considerar diferentes ecuaciones para la tensión de aplastamiento de la madera. Adicionalmente para conectores muy esbeltos, sin no existe pretaladrado es habitual que los conectores se desvíen —en ocasiones del orden de varios centímetros— respecto de la línea prevista inicialmente. Esto sucede porque los conectores siempre intentarán perforar la madera por la ruta que ofrezca menor oposición, lo que depende de la dirección de la fibra, distribución de rigidez y densidad. figura 1.2.11.2 Desviación local de fibra provocada por la ausencia de pretaladrado en un conector grueso (después de Borgström 2016).
Disponer conectores en sin pretaladrado en líneas perfectamente rectas. Cuando instalamos varios conectores sin pretaladrado tales como clavos siguiendo una misma línea, es recomendable que estos se sitúen con cierta desviación conformando un ligero tresbolillo (distribución alternada) con una separación alternada de como mínimo una vez un radio respecto de la línea horizontal y vertical de conectores, ver Figura 1.2.11.3. Esta medida puede emplearse para cualquier tipo de conector sin pretaladrado siempre que se respeten los espaciamientos mínimos, ya que además del agrietamiento, se minorará la posibilidad de concentración y solapamiento de tensiones. figura 1.2.11.3 Ruptura de la rectitud en hileras de conectores sin pretaladrado para minimizar el riesgo de agrietamiento.
Humedades en construcción significativamente distintas a las esperadas en servicio, o bien uniones expuestas a grandes fluctuaciones de humedad. En estos casos, y especialmente cuando las piezas tienen grandes escuadrías, la merma provocará tracciones perpendiculares, ya que la sección transversal tiende a reducirse y el movimiento está restringido por los conectores. Por tanto se generarán grietas. Estas situaciones son especialmente frecuentes en uniones muy rígidas, fabricadas con un gran número de conectores, y particularmente en uniones en las que los conectores se unen a placas de acero, ya que en esos casos la restricción al movimiento es total. Las medidas constructivas para prevenirlo tienen como filosofía permitir el movimiento diferencial de piezas en la medida de lo posible empleando placas diferentes en tracción y compresión para uniones de momento, y localizar los conectores en la zona de compresión para uniones de las que no se espera gran contribución de momentos. El caso más típico es el apoyo de vigas con piezas de acero y conectores a lo largo de toda la altura de la viga, ver medidas de mitigación en la Figura 1.2.11.4.
| figura 1.2.11.4 Medidas de mitigación de agrietamiento por merma en uniones mecánicas. Nótese que en la unión M no se presenta medida de mitigación, pues esta suele venir dada por el empleo de refuerzos tal como se detalla a continuación (después de Argüelles y Arriaga 2003). |
Concentraciones de tensiones de tracción perpendicular y corte en uniones sin refuerzos. Tal y como se detalla posteriormente, existen determinados tipos de uniones muy rígidas, como por ejemplo uniones de momento en las que la propia distribución de tensiones propicia el agrietamiento de las piezas, ver Figura 1.2.11.5. En este tipo de situaciones, el uso de refuerzos es en ocasiones necesario. El diseño de refuerzos se presenta con detalle en el Capítulo 2. figura 1.2.11.5 Rotura debido a tensión perpendicular en una unión M de gran rigidez. El empleo de refuerzos en las esquinas puede ser necesario, ver detalles en el Capítulo 2.
Piezas solicitantes o solicitadas N+V (desangulación fuerza-fibra)
En estas uniones, además de verificar la componente N+ o N - que se orienta paralela a la fibra, deben realizarse 3 verificaciones según la NCh1198:
1 Verificación de corte en la sección bruta:
2 Verificación de corte considerando únicamente la sección hasta el último conector. Para casos en los que la separación al borde de la pieza Sbp ≥ 5h (altura de la pieza solicitada): ;Para casos en los que Sbp < 5h;donde Sbp se ilustra en la Figura 1.2.11.6.
3 Verificación de la tracción perpendicular. Esta verificación especial se detalla en la siguiente sección. figura 1.2.11.6 Distanciamiento al borde paralelo, Sbdp, para verificaciones en maderas de unión cuando existe desangulación fuerza-fibra.
Piezas solicitantes o solicitadas M
Las uniones M tienen muy pocas prescripciones en la NCh1198. En la madera de unión de uniones M, se generan concentraciones importantes de tracciones perpendiculares y tensiones cortantes tal como se ilustra en la Figura 1.2.11.7.
| figura 1.2.11.7 Generación de tensiones de tracción perpendicular y cortantes en uniones M con coronas de pernos o disposiciones rectangulares (basado en Blass y Sandhaas, 2017). |
Nótese que la distribución de tensiones cortantes ilustrada en la Figura 1.2.11.7 es la clásica tensión de corte con picos en los bordes que sucede en uniones muy rígidas tal como se introdujo en apartados anteriores.
En la práctica se ha observado que las tensiones cortantes pueden generar un agrietamiento (splitting) de la madera en las esquinas de los miembros estructurales. Es por ello que se debe verificar la resistencia al corte máximo de la unión, el cual se produce como consecuencia de la interacción entre el corte directo producido por la carga cortante, y las fuerzas de reacción provocadas por los conectores. Para uniones de momento circulares con 1 o 2 hileras en corona, el corte máximo puede estimarse como
Donde n1, r1, n2, y r2 son, respectivamente el número de conectores de la corona exterior y el radio de los mismos, y el número y radio de los conectores de la corona interior (se omite esto último si se trata de una única corona). Análogamente, para uniones con disposiciones rectangulares como la de la Figura 1.2.11.7, el corte máximo en las esquinas puede determinarse a partir de la sumatoria de las distancias de cada conector respecto del centro elástico
Debido al riego de agrietamiento, es frecuente emplear refuerzos en las esquinas para evitar el agrietamiento, lo que se detalla en apartados posteriores. También resulta favorable el uso de conectores esbeltos, ya que el riesgo de agrietamiento es menor.
Además de la verificación de cortante en las esquinas, la verificaciónd e la madera de unión de considerar la resistencia a la flexión con el módulo resistente del área neta, y en su caso la verificación homóloga