partes:
1 La primera parte presenta la metodología global de diseño y cálculo analítico para todo tipo de uniones.
2 La segunda expone las especificaciones que son características de los distintos tipos de uniones.
3 La tercera parte presenta la metodología experimental empleada para apoyar el diseño de uniones. Dada la cantidad y complejidad de las uniones en la madera, y dado también que en ocasiones algunos modelos de cálculo pueden precisar el comportamiento inelástico de las mismas, la caracterización experimental de uniones resulta crucial para complementar la metodología analítica presentada en las partes I y II.
La presentación se expone bajo la premisa de que el lector se encuentra familiarizado con los conceptos básicos del diseño de uniones. En concreto este capítulo se construye sobre la base ya presentada en el Capítulo 9 del libro “Fundamentos del diseño y la construcción con madera”, en el cual se introducen conceptos básicos tales como las ecuaciones de modos de falla por corte lateral, tensión de aplastamiento, momento plástico del conector o efecto cuerda entre otros.
En esencia la exposición de este capítulo se realiza en favor de la norma chilena NCh1198, la cual a su vez se basa principalmente en la normativa norteamericana National Design Specification for Wood Construction, referida como NDS. No obstante, el capítulo tiene también una presencia muy importante de la norma europea, EN 1995-1-1, referida habitualmente como Eurocódigo o EC5, como también, en menor medida, otras normativas y métodos internacionales.
Importante es notar, de forma general en este libro ya no solo en este capítulo en particular, que muchos de los conceptos que se exponen no están o tan sólo están parcialmente normalizados en Chile, por lo que en ocasiones será necesario recurrir a normativa internacional. En este respecto debe considerarse que la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción de Chile (OGUC, 2018) puntualiza el empleo de normativa internacional con los siguientes artículos:
Artículo 5.1.25: los proyectos de cálculo estructural basados en normas extranjeras deben ser revisados por un revisor independiente.
Artículo 5.1.27: los proyectos de cálculo donde se justifique que no hay normas nacionales en la materia se permite emplear normas extranjeras, aunque esto debe igualmente ser revisado por un revisor independiente según el artículo anterior.
Los cuales por supuesto permiten emplear los métodos aquí expuestos. Además, el capítulo se focaliza sobre todo en los conectores mecánicos por ser claramente los medios de unión más empleados, sin embargo, la metodología de diseño y cálculo de uniones tradicionales y encoladas también se presentará en la parte II.
Finalmente, el lector debe también notar que en este capítulo no se abordan las particularidades para el diseño de uniones con CLT, lo cual se detalla extensivamente en el Capítulo 1 del libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte II”.
1.2 Parte I: metodología global de diseño y cálculo analítico
1.2.1 Paralelismo de los conectores elásticos
Por lo general los conectores mecánicos de una unión de madera trabajan en el rango elástico como un conjunto de resortes en paralelo, ya que por lo general podemos asumir que experimentan la misma deformación. Esto implica que la rigidez equivalente (K) es la suma de rigideces de cada conector (Ki)
El desplazamiento —longitudinal, denotado en milímetros, o rotacional, expresado en radianes— es el mismo para todos los conectores
La fuerza que efectivamente está resistiendo la unión es la suma de las fuerzas internas de cada conector
La energía elástica acumulada, es la suma de las energías de cada conector
Y el trabajo interno es la suma del producto de fuerzas por desplazamientos (o rotaciones), o lo que es lo mismo
1.2.2 Rigidez de la unión
La fuerza necesaria para producir una unidad de desplazamiento longitudinal en una unión como consecuencia de un esfuerzo cortante es referida como rigidez traslacional (usualmente N/mm, también referido como módulo de corrimiento, módulo de corrimiento o slip modulus), la fuerza necesaria para extraer o penetrar el conector de acuerdo a su dirección axial se denomina rigidez axial (N/mm), mientras que el momento necesario para generar una unidad de giro se refiere comúnmente como la rigidez rotacional (Nmm/rad). Al igual que la capacidad máxima, la rigidez de una unión puede determinarse mediante un ensayo experimental, no obstante, es también posible predecirla analíticamente sin más que sumar las rigideces de los conectores individuales que trabajan en paralelo
En el caso de uniones de momento, tal como se detallará posteriormente, la rigidez rotacional se puede obtener como
Donde ri es la distancia de cada conector al centro de gravedad de la unión. En el caso habitual de que supongamos que todos los conectores que conforman la unión de momento tengan la misma rigidez
Donde el sumatorio es referido comúnmente como el momento polar de la unión, cuya determinación requiere únicamente asumir el centro elástico de rotación, el cual se sitúa por lo habitual en el centro de gravedad (referido en este libro como c.d.g.) de la unión. Tal como se afina en el Capítulo 2 del libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte II”, el asumir que todos los conectores de una unión de momento tienen la misma rigidez es una simplificación, ya que en realidad la fuerza requerida para producir una unidad de aplastamiento depende de la dirección de la fibra. No obstante, idealizar los conectores como resortes isótropos, cuya rigidez no depende de la dirección de la fibra, suele ser una aproximación suficientemente acertada.
Conocer la rigidez de una unión es muy necesario para múltiples situaciones. Por ejemplo, tal como se muestra a continuación, permite calcular la distribución de fuerzas elásticas en los distintos conectores que conforman una unión. También permite modelar las estructuras de madera considerando uniones semirigidas, lo que resulta crucial para poder estimar adecuadamente las deformaciones y fuerzas internas en los miembros estructurales.
Los códigos de construcción facilitan ecuaciones que permiten calcular la rigidez lateral y axial de los distintos conectores en función de características tales como el diámetro y longitud del conector, y también la densidad de la madera. Además en el EC5, las verificaciones de estados límite últimos (ELU), es decir de resistencia, consideran un módulo de desplazamiento más conservador que las verificaciones de serviceabilidad, esto es
Esto se debe en cierto modo a lo señalado anteriormente: en realidad los resortes no son isótropos, por lo que uno podría
