Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
disponen simétricamente, se producen igualmente excentricidades inherentes dado que las cargas se separan t/2 respecto del plano de cortadura (reacción) y por ende los conectores están inevitablemente solicitados a flexión. En el caso de uniones N+, dichos momentos son más críticos porque tienden a ‘separar’ las piezas, ver Figura 1.2.15.1.
Por tanto, en caso de que se produzca el ‘curvado’ (rótula/s plástica/s) en conectores por modo de falla semi-dúctil o dúctil, los momentos tenderán literalmente a extraer los medios de unión. Efectivamente puede observarse en ensayos cíclicos de laboratorio que el fallo de piezas con fallo dúctil tiende a producirse por la separación de las piezas.
| figura 1.2.15.1 La excentricidad inherente en uniones N+ de simple y doble cortadura provoca momentos de separación de las piezas (basado en Zimmer 2008). |
La resistencia axial juega por tanto un papel bien importante en la transferencia de N+ de uniones dúctiles. Conectores como pernos, tornillos o tirafondos muestran cierta capacidad para la neutralización de momentos. Sin embargo, en otros tipos de unión tales como por ejemplo en pasadores lisos, uno no puede asumir tal capacidad. Este efecto es particularmente importante en los llamados conectores de superficie (detallados en secciones posteriores), pues en este tipo de uniones la transferencia de carga tan sólo puede asegurarse con el contacto íntimo entre piezas. En estos casos asegurar el apriete es fundamental. Esto se logra combinando los conectores de superficie con otro tipo de conectores tales como pernos.
Importante es también discernir la magnitud de la fuerza y la excentricidad de la misma, t/2. Así, en construcciones de entramado ligero, los efectos de la excentricidad inherente son en general despreciables. Sin embargo para construcciones pesadas el efecto puede ser mucho más importante. En la mayoría de códigos, la excentricidad inherente no se considera en el cálculo, y tan sólo se especifican medidas constructivas o puntualizaciones de diseño en conectores de superficie. En otros países como por ejemplo Alemania, la excentricidad inherente sí se calcula. En resumidas cuentas, de cara al planteamiento analítico, la excentricidad repercute negativamente en dos aspectos. El primero tiene que ver con la adición de tensiones por momento flector en los miembros estructurales. El segundo tiene que ver con la capacidad de la propia unión, pues los momentos adicionales podrían separar los medios de unión reduciendo su efectividad. A continuación se muestra una metodología para analizar y en su caso remediar ambos aspectos. La aplicación de dicha metodología tan sólo es requerida cuando disponemos de uniones N+ (o uniones dominadas por cargas de naturaleza dinámica, en donde esperamos fluctuaciones de N+ y N-) que montan pasadores en entramado pesado, y en conectores de superficie para cualquier tipo de construcción.
La consideración de la capacidad de la propia unión se considera en la norma alemana calculando explícitamente la neutralización de los momentos flectores secundarios. El cálculo de los mismos puede realizarse de forma conservadora, asumiendo que el último conector de la fila (i.e. último conector de las piezas laterales) debe ser capaz de neutralizar la totalidad del momento lo que se traduce en poder resistir una fuerza axial estimada como
Donde N+l,dis se refiere a la estimación del axil que deben resistir las piezas laterales, ver Figura 1.2.15.2, n es el número de conectores vecinos que resisten el cortante de diseño. En caso de que el conector externo para neutralizar momentos no haya sido añadido, se considera dentro de n, en caso de haber sido añadido únicamente para resistir los momentos, no se considera dentro de n (ver Figura 1.2.15.3). tl es el mayor de los espesores de los 2 miembros externos, y sp se corresponde con el espaciamiento paralelo entre conectores.
| figura 1.2.15.2 Consideración de axil lateral para piezas con 2 y 4 planos de cortadura en relación con el cálculo de la tracción producida por excentricidad inherente de acuerdo al método alemán. |
Una vez calculada la tracción inherente, debemos añadir uno o varios conectores de gran resistencia axial (habitualmente pernos) que puedan absorber dicha tracción, tal como se ilustra en la Figura 1.2.15.3. En el caso de conectroes de superficie que ya de primeras incorporan pasadores, hablaríamos entonces de “dedicar” un perno explícitamente a la neutralización de momentos. En el caso de emplear pasadores, deberíamo “incoroporar” nuevos conectores. La diferenciación entre dedicación e incorporación es relevante en la determinación de n tal com se ilustra en la Figura 1.2.15.3.
| figura 1.2.15.3 La dedicación (izquierda) o incorporación explícita (derecha) de conectores destinados exclusivamente a neutralizar el momento tiene consecuencias en la determinación de n para el cálculo de la fuerza de tracción que debe resistirse. |
El segundo aspecto que debe verificarse es que las piezas laterales son capaces de soportar la combinación N+l,dis y el momento correspondiente (N+l,dis · t/2). Esto se toma en cuenta en DIN1052 mediante un coeficiente de minoración (kt,e) en el cálculo de la verificación de tracción longitudinal simple tal que
Donde kt,e = 0,4 para uniones que incorporan conectores con riesgo de entrar en curvatura, y 0,66 para uniones protegidas de entrar en curvatura.
1.2.16 Excentricidad inducida
Además de la excentricidad inherente, se pueden producir 3 tipos de excentricidades inducidas en uniones de madera, las cuales deben ser consideradas en el cálculo a no ser que su efecto pueda despreciarse de acuerdo a la normativa. Al igual que la excentricidad inherente, la excentricidad inducida ocasiona momentos de segundo orden que pueden tener efectos críticos tanto en la solicitación de los miembros estructurales como en la capacidad de la propia unión. Sin embargo, este último aspecto tan sólo se suele considerar en uniones que son capaces de resistir momento, pues en uniones que no resisten momento el momento flector simplemente producirá un giro de la unión. A continuación se detallan los 3 tipos de excentricidad inducida y la forma de considerarlos en el cálculo.
Excentricidad inducida por debilitamiento significativo de la sección transversal en la zona de unión
En caso de que un miembro estructural tenga una perforación o rebaje significativo en la zona de unión tal que An < 0,9∙Ab, se producirá una redistribución de la fuerza considerable. De este modo el centro de gravedad de la nueva distribución tensional no podrá por lo general considerarse simétrico respecto del centro geométrico de la sección transversal. Por tanto, la excentricidad de fuerza generará un momento adicional (ΔM) que producirá efectos de segundo orden los cuales no puede ser despreciados en el cálculo de la resistencia de los miembros estructurales que conforman una unión. Este tipo de situaciones es muy habitual en uniones tradicionales, pues estas suelen presentar rebajes y entalladuras importantes de la sección transversal. En la Tabla 1.2.16 se muestra los tipos de excentricidades por debilitamiento más habituales y el consiguiente ΔM que estas producen.
| tabla 1.2.16 Típicos momentos secundarios en uniones con excentricidad inducida por debilitamiento de la sección transversal (basado en Colling 2008). | |
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