Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
generales sobre el uso de conectores en el CLT según su disposición y el tipo de carga
En vista a los aspectos mencionados anteriormente, las recomendaciones generales respecto del uso de conectores en el CLT se muestran en la Tabla 1.5.7.
| TABLA 1.5.7 Recomendaciones del uso de conectores respecto su disposición en el CLT y el tipo de carga (basado en Schickhofer et al. 2009). | ||||
| En caras del CLT, recomendado para | En los bordes del CLT, recomendado para | |||
| Flat | Fax | Flat | Fax | |
| Clavos corrugados | ✓ | ✓ | ✕ | ✕ |
| Pasadores y pernos | ✓ | ✕ | ✕ | ✕ |
| Tornillos autoperforantes | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
1.5.8 Procedimiento de diseño
En términos generales, el procedimiento para diseñar uniones en CLT es el mismo que en las uniones mecánicas convencionales. Pese a que algunos autores han propuesto ecuaciones específicas que permiten afinar la descripción del comportamiento de las uniones, programas experimentales tremendamente exhaustivos desarrollados en Europa han validado la aplicación de las ecuaciones de Johansen para CLT-CLT y CLT-metal en simple y doble cortadura. Además, y con la salvedad de lo expuesto posteriormente, los modos de falla de extracción axial y oblicua son los mismos que para el resto de productos de madera. Principalmente, son 2 las diferencias al diseñar uniones de CLT respecto de uniones convencionales:
1 La capacidad de extracción axial y aplastamiento lateral difieren —en diferente magnitud según disposición del conector y dirección de la carga— respecto de los valores de madera maciza, MLE y LVL. Por lo anterior, por lo general se requiere la aplicación de ecuaciones específicas para calcular dichas capacidades, lo que se detalla en los apartados sucesivos.
2 Una vez determinadas las capacidades de aplastamiento y extracción axial con las ecuaciones específicas del CLT, las predicciones de Johansen para carga lateral, los modos de falla axiales, y las combinaciones correspondientes para uniones oblicuas resumidas anteriormente, son aplicables en el CLT, pudiendo predecir la capacidad con precisión y conservadurismo. No obstante, la ocurrencia de modos de falla en grupo son diferentes, en especial bajo la acción de cargas de extracción axial, por lo que se requieren diferentes espaciamientos para permitir la redistribución de tensiones. Los espaciamientos necesarios y otros detalles geométricos se detallan en la Tabla 1.5.8 e ilustran en la Figura 1.5.8. Finalmente, la consideración del efecto hilera (nef en EC5, Ku en NCh1198) difiere sensiblemente de la determinación en madera maciza o MLE:
1 Para conectores dispuestos en caras, y solicitados lateralmente n=nef (Ku=1) por el efecto del refuerzo de las capas perpendiculares del CLT.
2 Para conectores dispuestos en los bordes y solicitados lateralmente, no existe efecto refuerzo perpendicular y se recomienda calcular nef y Ku de acuerdo a las especificaciones para madera maciza y MLE.
3 Para grupos de conectores dispuestos en caras o bordes y solicitados axialmente, se observa frecuentemente fallo en grupo por tracción perpendicular y corte, por lo que se recomienda minorar la capacidad del conjunto según la siguiente ecuación
donde R es el número de configuraciones en lo relativo al ángulo de inserción tornillo-fibra (α), Fax,ref,i es la capacidad a la extracción calculada para cada conector individual y ni es el número de conectores que existen para cada configuración de ángulo α.
| TABLA 1.5.8 Espaciamientos y restricciones geométricas en uniones de CLT. | |||||||
| Espaciamientos básicos según disposición en cara o borde y tipo de conector (ver geometría en Figura 1.5.8) | |||||||
| Conector | Disposición | a1 | a2 | a3,t | a3,c | a4,t | a4,c |
| Tornillos autoperforantes | Caras | 4 d | 2.5 d | 6 d | 6 d | 6 d | 2.5 d |
| Bordes | 10 d | 3 d | 12 d | 7 d | - | 5 d | |
| Clavos corrugados | Caras | (3+3 cos β) d | 3 d | (7+3 cos β) d | 6 d | (3+4 sin β) d | 3 d |
| Pasadores | Caras | (3+2 cosβ) d | 3 d | 5 d | 4 d sinβ (min 3 d) | 3 d | 3 d |
| Bordes | 4 d | 3 d | 5 d | 3 d | - | 3 d | |
| Ajuste de espaciamiento longitudinal y transversal según ángulo fibra-conector (α) | |||||||
| * 5 d si se inserta en la misma lámina, 2.5 d si se inserta en láminas diferentes | |||||||
| Restricciones geométricas en cuanto a espesor mínimo de panel, laminaciones y conectores | |||||||
| ConectortCLT, mintℓaminación,minℓpenetrac.min*Tornillos autoperforantes10 dd ≤ 8 mm: 2 d10 dd > 8 mm: 3 dPasadores6 dd5 d | |||||||
| Espaciamiento máximo según tipo de conector | |||||||
| Tipo de uniónemax (mm)CLT - CLT con tornillos500CLT - MLE con tornillos500CLT - Acero con tornillos750CLT - hormigón o acero con ángulos de corte1,000 |
FIGURA 1.5.8 Geometría de espaciamientos para conectores dispuestos en caras (arriba) y en bordes (abajo) según recomendaciones europeas.
1.5.8.1 Capacidad de extracción axial
Más allá de aprobaciones técnicas para productos específicos, no existen ecuaciones específicas en la normativa para determinar la capacidad axial de conectores en el CLT. Sin embargo, a continuación, se sugiere el empleo de ecuaciones diferenciadas ya que, por lo general, la capacidad axial de los conectores puede ser inferior en el CLT en comparación a la madera maciza o laminada, especialmente cuando estos son insertados en los bordes, debido a la presencia de huecos y ranuras tal como se detalló en la sección anterior.
Extracción axial de tornillos autoperforantes
Se recomienda el empleo de la ecuación de Blab y Uibel (2015), para cuando los tornillos son insertados de forma perpendicular a las caras o bordes del CLT (i.e. α = 90°).
Donde d es el diámetro, lef es la longitud efectiva de anclaje, y e toma en cuenta si es que el tornillo es insertado en las caras (ε = 90°) o los bordes (ε = 0°) del CLT; se observa por tanto que la resistencia axial decrece considerablemente, cuando el tornillo se inserta en los bordes por mayor riesgo de huecos o ranuras. Posteriormente se recomienda corregir la resistencia axial según la densidad característica del CLT
La cual, debería determinarse a partir de la densidad característica de las propias laminaciones como
Como puede verse en la ecuación anterior, en la práctica europea la densidad se mayora un 10% para conectores situados en las caras del CLT, por el hecho de que forzosamente van a atravesar más de una laminación, por lo que la posibilidad de obtener un valor bajo de densidad es muy inferior a los conectores en los bordes, los cuales mayormente atraviesan una única laminación.
En caso de disponer tornillos oblicuos, se recomienda la ecuación de Ringhofer et al. (2013)
Donde ksys,k es un factor de mayoración que toma en cuenta la redundancia de distintas laminaciones (y por tanto la posibilidad de tener una capacidad superior a la característica), y toma un valor de 1,1 para CLT (1 si la ecuación se aplicase a madera maciza, y 1.13 si fuese MLE con 5 o más laminaciones). Por otra parte el ángulo de inserción se toma en cuenta con
Finalmente, la consideración de inserción o caras o bordes