Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
(arriba izquierda) y muros segmentados (arriba derecha), incluyendo detalle unión muro-fundación (a), unión muro-losa-muro (b), y diversos tipos de uniones muro-muro (c y d) (modificado de Follesa 2018).
En relación a la tipología de muros con UMM verticales, cabe mencionar que, en Europa, si es que la debilidad entre uniones verticales está asegurada, esta es considerada como una clase de alta ductilidad. De hecho, en cuanto a la construcción con CLT, la única diferencia entre la clase de ductilidad alta y la clase de ductilidad baja radica en la existencia o no de las UMM disipativas, ver Tabla 1.5.1.1. Por otro lado, y pese a la menor redundancia respecto del sistema marco plataforma, en Europa recomiendan aplicar la misma sobrerresistencia para el CLT que para el marco plataforma: γ =1,3, a diferencia de poste-viga y la mayoría de pórticos de momento, en donde se aconseja una sobrerresistencia en miembros sobredimensionados de γ =1,6, ver Tabla 1.5.1.2.
| TABLA 1.5.1.1 Clases de ductilidad en edificios de CLT según recomendaciones europeas, incluyendo elementos que deben ser sobredimensionados y elementos que deben garantizar disipación de energía. | |||
| Clase de ductilidad media (DCM) | Clase de ductilidad alta (DCH) | ||
| Componentes frágiles, uniones elásticas | Uniones dúctiles | Componentes frágiles, uniones elásticas | Uniones dúctiles |
| Tableros deCLTULLUMLM (excepto línea superior)UMM (muros desacoplados) | UMLM (solo la línea superior)UMF | Tableros deCLTULLUMLM (excepto línea superior) | UMLM (solo la línea superior)UMFUMM (unión línea vertical) |
| TABLA 1.5.1.2 Factores de sobrerresistencia recomendados en Europa para el sobredimensionamiento de elementos que deben permanecer en régimen elástico para diversos tipos de construcciones con madera. | |
| Edificios de CLT plataforma, entramado ligero de plataforma, viviendas de baja altura con rollizos, pórticos resistentes a momento con uniones de alta ductilidad, estructuras de entramado de madera y rellenos de mampostería. | γ0 = 1,3 |
| Pórticos resistentes al momento comunes, edificios de poste viga, edificios de CLT balloon, muros de MLE balloon | γ0 = 1,6 |
En los sucesivos apartados se presentarán algunos de los principales aspectos diferenciadores de las uniones del CLT, para posteriormente presentar el procedimiento de diseño.
1.5.2 Concepción de uniones lineales (líneas de unión)
Tal como se detalla en apartados posteriores de este capítulo, las uniones de CLT están principalmente diseñadas para resistir cargas de membrana, y también cortes transversales y tracciones perpendiculares al panel. Las compresiones normales de un panel a otro, como por ejemplo en UCM, UMF, y UMLM normalmente se asume que se transmiten directamente la carga mediante el contacto de los paneles. Pese a que existen uniones que permiten transferir el momento generado por fuerzas fuera del plano, por lo general se asume los paneles están articulados en cuanto a la rotación fuera del plano.
Bajo estas circunstancias la filosofía de diseño, salvando las circunstancias que en secciones posteriores de este capítulo se presentan, es bastante similar a las uniones convencionales con la excepción de que, por lo general se emplean esfuerzos por unidad de ancho para el dimensionado de líneas de unión, tal que la verificación de la capacidad adopta formas del tipo
Esto quiere decir, que el número de conectores requeridos se obtiene como la relación del esfuerzo lineal y la resistencia unitaria de cada conector
Por lo que la separación requerida entre los conectores de un panel resulta
Por supuesto, el esfuerzo lineal puede no ser constante dentro de un panel. Pese a ello, por razones constructivas (al igual que el sistema de marco plataforma) es bastante habitual emplear el esfuerzo más desfavorable como condicionante del diseño, y disponer el mismo tipo de conectores y espaciamientos a lo largo de cada panel. Naturalmente hay excepciones a lo anterior.
Lo importante de este apartado es notar pues, que la filosofía de diseño en términos generales es similar a uniones convencionales, con la salvedad de que los conectores suelen disponerse en líneas, y que también los valores resistentes de capacidad lateral y axial se calculan de forma diferente, tal como se detallará en apartados sucesivos.
1.5.3 Influencia de los huecos (gaps) y ranuras de los tablones
Tal y como se ha introducido en la Sección 1.1.3, es habitual que existan huecos entre los tablones de CLT que conforman una lámina, y también es común que haya ranuras en los propios tablones para evitar agrietamiento durante el proceso de fabricación. En caso de que un conector coincida total o parcialmente con uno de esos huecos, la rigidez y capacidad del mismo podría verse perjudicada en mayor o menor grado. Por este motivo se restringe de forma muy estricta el tamaño de huecos y ranuras del CLT, que por ejemplo en Europa tienen restricciones de 4 (6 para láminas intermedias) y 2,5 mm, respectivamente.
Otra medida común para mitigar el efecto de los huecos, consiste en insertar los conectores con cierta inclinación, especialmente cuando los conectores se instalan en los boredes del panel. En efecto, es una práctica muy habitual que las líneas de conectores adquieran cierta angulación para evitar solicitaciones puramente axiales. Del Capítulo 1 del libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte I” debe recordarse, que, si bien esta práctica puede incrementar en cierto grado la capacidad y de forma muy notable la rigidez, tiende a reducir considerablemente la ductilidad.
En función de la disposición geométrica de los conectores respecto del CLT, podemos distinguir 2 situaciones bien diferentes en cuanto a la influencia de los huecos:
En el caso de conectores dispuestos en las caras del CLT y solicitados lateralmente, las propiedades mecánicas pueden verse no muy afectadas por la presencia de huecos. Igualmente, para conectores en caras del CLT solicitados axialmente, la capacidad podría no verse muy afectada si es que el conector tiene una longitud mínima; por lo general se recomienda que conectores en caras solicitados axialmente atraviesen al menos 3 capas del CLT para minimizar la probabilidad de pérdida de anclaje por huecos, especialmente para conectores de pequeños diámetros.
En el caso de conectores dispuestos en los bordes del CLT y solicitados lateral y axialmente, la capacidad podría verse seriamente perjudicada, especialmente en conectores de pequeño diámetro, si es que coinciden con un hueco o ranura e inserciones axiales en la fibra. Tal como se detalla posteriormente, en estas situaciones principalmente se emplean tornillos autoperforantes dispuestos con cierta angulación respecto de la fibra.
1.5.4 Concepción de desangulaciones 3D y simplificaciones en conectores inclinados
En un contexto en el que los conectores pueden disponerse de forma inclinada en bordes y caras de elementos tipo panel, que además pueden estar sometidos a fuerzas con cualquier angulación, resulta más que conveniente establecer un sistema más completo de definición de inclinaciones y fuerza. En concreto debemos diferenciar claramente 3 angulaciones (ver Figura 1.5.4.1) y 1 disposición:
1 Ángulo de inserción del conector (α, ángulo fibra-conector en el plano del conector).
2 Desangulación fuerza-fibra de la capa más externa del CLT (β, fuerza-fibra externa en el plano perpendicular al plano del conector)
3 Ángulo de la resultante de fuerzas en el plano del conector respecto de la fibra (γ, fuerza-fibra en plano de conector).
4 Conector dispuesto en caras (plano del CLT) o en bordes (grueso del CLT).
Tras esta definición, es evidente que podemos disponer conectores inclinados a una angulación α, sometidos a una fuerza que forma un ángulo β respecto del plano de los conectores, y donde a su vez la fuerza puede presentar cierta desangulación γ con la fibra en el plano de conectores. Asimismo, estos conectores pueden estar dispuestos en las caras o en los bordes, ver Figura 1.5.4.1. Afortunadamente