Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
“Fundamentos del diseño y la construcción con madera”. Con respecto a la disminución de la capacidad en este tipo de uniones, esta no se suele considerar porque por lo general éstas no son capaces de transmitir momento.
De forma adicional a las uniones arriba indicadas, también se producen debilitamientos nada despreciables en uniones mecánicas de múltiples conectores. La recomendación en esos casos es tratar de incorporar los conectores de forma simétrica siempre que sea posible para que aún cuando An < 0,9∙Ab, la excentricidad por debilitamiento sea la menor posible.
Excentricidades inducidas en uniones no concéntricas
Este tipo de excentricidad inducida se produce cuando los ejes de las piezas no confluyen en un punto de forma concéntrica, lo que es bastante frecuente en vigas o cerchas en celosía con presencia de diagonales. En estos casos por lo general se estipula (incluyendo la NCh1198) que la excentricidad puede ser despreciada únicamente cuando esta es inferior al 50% de la altura del tirante. En caso contrario deben considerarse los momentos adicionales en las diagonales y el tirante (habitualmente más crítico) según lo que se ilustra en la Figura 1.2.16.1.
| figura 1.2.16.1 Excentricidad inducida por confluencia no concéntrica de barras (basado en Colling 2008). |
Algunos casos adicionales de excentricidad en placas clavos se consideran con un procedimiento que se detalla en secciones posteriores.
Excentricidades inducidas debidas en uniones con conectores no simétricos
Esta excentricidad se produce al disponer los conectores de forma asimétrica respecto del eje geométrico de las piezas. En la Figura 1.2.16.2 se muestra un caso extremo para evidenciar esta situación. En la realidad no suelen producirse casos así, aunque sí es muy típico, especialmente al emplear placas clavo o similares que los conectores no se dispongan perfectamente simétricos respecto del eje geométrico de cada barra.
| figura 1.2.16.2 Caso extremo de excentricidad inducida por asimetría de conectores. |
Como el resto de excentricidades inducidas, este tipo de asimetría debe evitarse cuando sea posible. En caso contrario debe calcularse la distribución elástica de fuerzas en los conectores (sección 1.2.9), y a partir de ahí determinar la fuerza resultante y con ella la excentricidad y el momento respecto del cdg de la unión. Si la unión resiste momento, el momento de segundo orden debe ser considerado en la verificación de la capacidad. Por otra parte, el momento adicional debe ser también considerado en la verificación de los miembros correspondientes.
1.2.17 Concepto de sobredistancia en la compresión normal u oblicua en uniones
Tal como se detalló en el libro “Fundamentos del diseño y la construcción con madera”, la NCh 1198 toma en consideración el factor Kcn para mayoración o minoración de la compresión perpendicular de acuerdo a cumplir unas determinadas especificaciones del ancho de la compresión, y la separación entre superficies de compresión; se recuerda esta situación en la Figura 1.2.17.1.
| figura 1.2.17.1 Filosofía de verificación de la compresión perpendicular de acuerdo a la metodología propuesta en Norteamérica (NDS). |
Este enfoque de verificación de la compresión perpendicular está formulado principalmente para ser pragmático en relación a la situación convencional de postes/vigas comprimiendo las soleras del entramado ligero norteamericano. Sin embargo se debe afinar la comprensión del fenómeno de compresión perpendicular de cara a verificar uniones tradicionales, en donde la compresión perpendicular/oblicua entre piezas es el principal mecanismo de transmisión de carga junto con el rozamiento. Dicha perspectiva más refinada se contempla en normas mediante el conecpto de sobredistancia, el cual como se detalle en el libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte II” también es de suma importancia en el CLT y se detalla a continuación.
Los resultados experimentales evidencian, que cuando la madera es solicitada en la dirección perpendicular a la fibra o con una fuerza de compresión perpendicular sobre una determinada longitud l, su resistencia incrementa si existe una sobre-distancia (ü) en uno o ambos extremos de la pieza. Dicho incremento se debe a que la tensión en realidad se redistribuye en un área mayor, lo cual se evidencia por el hecho de que se producen deformaciones en las inmediaciones de la longitud de carga, ver Figura 1.2.17.2. Más específicamente, se ha demostrado consistentemente que en caso de disponer de extremos libres con suficiente longitud a uno o ambos lados de la aplicación de la carga, la madera se deforma aproximadamente a lo largo de una sobredistancia de 3cm respecto de la dirección perpendicular a la fibra, ya bien sea la carga normal u oblicua.
| figura 1.2.17.2 El fenómeno de distribución y deformación perpendicular más allá de la longitud de aplicación de la carga es denominado como sobredistancia. |
De ahí, que en la norma europea por ejemplo considere que el área efectiva de resistencia a la compresión oblicua es por lo general
Donde ü1 y ü2 son las sobredistancias disponibles en los extremos; por tanto, la longitud efectiva en casos con dos y una distancia resultaría tal como se ilustra en la 1.2.17.3.
| figura 1.2.17.3 Sobredistancias a considerar en algunas situaciones convencionales. |
Así, la verificación de algunas de las uniones tradicionales más típicas se efectuaría considerando las siguientes longitudes efectivas de la Tabla 1.2.17.
| tabla 1.2.17 Longitudes efectivas en consideración de sobredistancias para la verificación de las uniones tradicionales más comunes (basado en Colling 2008)* |
| * la es la longitud de la aplicación de la carga de compresión normal u oblicua |
Por otra parte, la resistencia axial de los pernos (u otros conectores con arandelas), estaría principalmente limitadas por la resistencia al aplastamiento del área efectiva de la madera (Aef) tal como ya se introdujo en la Tabla 1.2.7.2. Así, la sobredistancia para pernos individuales según el criterio alemán se toma de acuerdo a la elipse que se representa en la Figura 1.2.17.4 izquierda, mientras que en el caso de pernos en hilera el área efectiva de la elipse podría estar limitada por el espaciamiento paralelo entre conectores; ver Figura 1.2.17.4 derecha.
| figura 1.2.17.4 Consideración de área efectiva de aplastamiento incluyendo sobredistancias como base para calcular la resistencia axial de pernos y otros conectores con arandelas de acuerdo al criterio alemán. A la izquierda área efectiva sin limitación para un perno individual. A la derecha área efectiva limitada por el solapamiento de pernos en hilera (basado en Colling 2008). |
1.2.18 Espesor mínimo para fluencia plástica
Como ya se introdujo en el libro “Fundamentos para del diseño y la construcción con madera” y se recuerda en la Figura 1.2.18.1, para relaciones bajas de t/d en uniones mecánicas laterales se producen modos de falla frágiles. La capacidad de estos modos está principalmente gobernada por la resistencia de aplastamiento/espesor de los miembros de madera. Si incrementamos progresivamente la relación t/d se producirá una rótula plástica por plano de corte, generando un modo de falla semi-dúcil.