UNIVERSIDADDESALAMANCADepartamentodeIngenieraMecnica

readeMecnicadeMediosContinuosyTeoradeEstructuras

TESISDOCTORAL

ESTUDIODEUNIONESENESTRUCTURASDEMADERA

CONUSODEELEMENTOSCLAVIJA

Por:

ManuelDomnguezLorenzoIngenieroIndustrial

DirectordeTesis:JosGonzlezFueyo

Zamora,2015

Autor

Prof.ManuelDomnguezLorenzo

UNIVERSIDADDESALAMANCA

DEPARTAMENTODEINGENIERAMECNICA

DIRECCIN(ADDRESS):E.P.S.deZamora,Avda.RequejoN3349022,ZamoraEspaa(Spain)

TFNO(PHONE):0034980545000EXT.:3641FAX: 0034980545002EMAIL: mdominguez1@usal.es

Director

Prof.Dr.JoseGonzlezFueyo

UNIVERSIDADDESALAMANCA

DEPARTAMENTODEINGENIERAMECNICA

DIRECCIN(ADDRESS):E.P.S.deZamora,Avda.RequejoN33Zamora49022Espaa(Spain)

TFNO(PHONE):0034980545000EXT.:3641FAX: 0034980545002EMAIL: fueyo@usal.es

UniversidaddeSalamanca

Descripcinbreve

ESTUDIODEUNIONESEN

ESTRUCTURASDEMADERACONUSODE

ELEMENTOSCLAVIJA

PorManuelDomnguezLorenzo

DepartamentodeIngenieraMecnica

Conestetrabajosepretendendesarrollarymejorarlosprocedimientosdeclculoyconstruccindeunionesenestructurasdemaderamedianteelempleodeelementosclavija.Lastcnicasdedimensionadomsempleadasactualmente estn basadas en las ecuaciones de Johansen, que no tratan efectos como la presencia delencolado,friccin,roscadoen laclavija,fijacindetuercasarandelasenextremososistemasexpansivos.Eldesarrollo analiza el comportamiento de clavija expuesta a cargas y sus elementos complementarios. SeproponenmodelosdeclculoqueamplanlasecuacionespropuestastantoaniveleuropeoenelEurocdigo5,comoensutrasposicinanivelnacionalenelCTEatravsdelDBSEM.

Originalidad

Laoriginalidaddelestudiosuponetrasladaralcampoestructurallastcnicasdeuninquetradicionalmentesehanempleadoenotrasdisciplinas,comoporejemploroscado,presenciadetuercayarandelaenextremodeclavija,sistemasexpansivos,utilizadosenelencoladoenmuebles,olauninportaladrosqumicosenotrotipodematerialesdistintosa lamadera.Estas soluciones sepretendenaplicara lasunionesenestructurasdemadera, loque implicadesarrollarunmodeloquepermitadarrespuestaa lasnecesidadesdelmercadodemetodologasquedenmayorresistencia,ligerezayflexibilidadfrentealasunionesmstradicionales.

PalabrasClave:Madera,uniones,clavija,Johansen,pernosencolados,ensayos,elementosfinitos.

UniversityofSalamanca

Abstract

STUDYOFUNIONSIN

TIMBERSTRUCTURESUSING

DOWELELEMENTS

ByManuelDomnguezLorenzo

DepartmentofMechanicalEngineering

Thisworktriestodevelopandimprovethemethodsofcalculationandconstructionofjointsinwoodstructuresbyusingpinelements.ThesizingtechniquesmostusedarecurrentlybasedontheequationsofJohansen,whodonottreateffectsasthepresenceofgluing,friction,threadedpin,fixingnutswashersinextremeorexpansivesystems.Thedevelopmentanalyzes thebehaviorofdowelexposed to loads and complementaryelements.CalculationmodelsthatexpandtheequationsproposedateuropeanlevelinEurocode5,anditstranspositionatnationallevelthroughtheCTEDBSEMareproposed.

Originality

Theoriginalityofthestudyistotransferthestructuralfield,joiningtechniquesthathavetraditionallyusedtootherdisciplines,suchasthreading,presenceofnutstowashers,expansivesystems,whichisthebondinginfurniture,orchemicalbondingdrillsothermaterialsotherthanwood.Thesesolutionsaretobeappliedtothejoints inwood structures develop a technique to answer themarket needsmethodologies to give greaterstrength,lightnessandflexibilitytowardsmoretraditionalunions.

Keywords:Timber,joints,dowel,Johansen,gluedbolts,testing,finiteelements.

AGRADECIMIENTOS

ElautordeseadarlasgraciasmuyespecialmentealprofesorDr.D.JosLuisGonzlezFueyo,comodirectorytutordeestatesis,porlasreferencias,trabajoyconsejosaportadosdurantelaelaboracindelamisma,ascomoaloscompaerosdelDepartamentodeIngenieraMecnica,enparticularalprofesorDr.D.JosAntonioCabezasFloresporsuayudayrespaldo.

AD.Manuel Teso yDa. ElenaDomnguez, por su generosa entrega en la revisin y correccin del presentedocumento.AlaprofesoraDra.Da.MDoloresOtero,delaUniversidaddeLaCorua,yalInstitutoNacionaldeInvestigacinyTecnologaAgrariayAlimentaria (INIA)por laaportacinde inestimablesconocimientossobre lamateria.

Tambindeseaagradecer lacontribucindeREARASA,RestauracindeEdificios,ArtesonadosyRetablosAlonsoS.A.,eINZAMACAsistenciasTcnicasS.L.yparticularmenteasupersonal,porlacolaboracinexperimental.

Amifamilia,aellasededicaestetrabajo.

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1 Introduccinyobjetivos

1.1 Antecedentes

1.1.1 LamaderaestructuralLamaderasehautilizadodemaneraextensivadesdetiemposmuyantiguosenlaconstruccinderefugiosycomosolucinalasnecesidadesdelhombreparaprotegerse.Comoelementoestructuralhacontadocongrandifusinyuso,especialmenteenaquellospasesdondesepuededisponerdeella.Loscientosdeedificacioneshistricasylosnumerososcascosurbanosen losquesehautilizado lamaderacomomaterialestructuralprincipaldanfede laimportanciaestructuralquelamaderahatenidoenelpasado.

Las estructuras de madera presentan ventajas estticas, de resistencia y medioambientales, frente a otrosmaterialestanutilizadoscomoelacero,conseriosproblemasderesistenciaalfuego;yelhormign,degranpesopropio.Perotieneninconvenientescomolaortotropa,fluencia,hinchaznymerma,atenuadosenpartegraciasalaaparicindenuevosmaterialesbasadosen lamisma,como loscompuestos laminadosymicrolaminados.Otroinconvenienteaadidoalempleodelamaderahasidolaausenciadeunanormativaoficial(Labrniaetal.,2010),resueltoconlaentradadedocumentosnormativosderespaldolegalcomoelEurocdigo5(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010).EnEspaa,tambinhahabidounacarenciahistricaparaelclculodeestructurasdemaderahastalaaparicindelCdigoTcnicodelaEdificacinen2006(DBSEM,2009).Laimplantacindeunanormativaespecficahasidopositivaparadifundir lasbasesdereferenciaasociadasaldiseo,yconellopotenciarelconsumo,perodestaca por su conservadurismo (Nuere, 2007). En cualquier caso, la aparicin de estas normativas permitevislumbraruncambioenlatrayectoriaenlosltimosaos.

Europaesunaconsumidoraimportantedemaderaanivelmundial:sepuededecirqueelViejoContinenteconsumedelordende55,5millonesdemetroscbicosalao;deellos, importauntotalde33,5millones,frentea los22millones que suponen la produccin del mercado interior (Ariza, 2002). Actualmente son mltiples lasconstruccionesconestructurasdemadera,tantoenedificacincomoenobracivil,queestnenusooseestnconstruyendo (Figura 11). Se pueden encontrarpuentes, pasarelas, centrosdeportivos, recintos industrialesoedificiosreligiososqueinclusoseestnreconociendocomobienesdeinterscultural(Basterraetal.,2004).

PasarelapeatonaldeEssing,Alemania(Argelles,2010) CerchasdecubiertaenlaiglesiadeBelverdelosMontes,Zamora

Figura11.Sistemasestructuralesconmadera

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1.1.2 LoselementosdeuninenestructurasdemaderaLasestructurasdemaderaestnformadasporpiezasunidasentresenlosdenominadosnudos,quesondevitalimportancia porque son los encargados de transmitir las solicitaciones entre losmiembros que conforman laestructura, de tal forma que el conjunto permanezca estable. Existen mltiples formas de transmitir estassolicitaciones,quepuedenclasificarseatendiendoalaformadeencuentroobienmediodeuninempleado,segnelcualsepuedensubdividirenunionestradicionales,mecnicasyconadhesivos.

Enlasestructurasdemadera,del20al25%delcostedelaestructuraestvinculadoconeldiseoyconstruccindelasunionesentresusdiferenteselementos,yrequierenunagrandedicacinentiempo(Argellesetal.,2003).Sehaestimadoque,deunclculoestructuralcompleto,eldiseodelasunionespuederepresentarhastael70%deltiempototaldeclculoparaunaestructurademadera(Rodd&Leijten,2003).Noobstante,dadoquelasunionessedimensionanalfinaldelproceso,selessueleprestarmenosatencin.

Unodelosmediosdeuninmscomnparaelementosestructuralesdemaderasonlasclavijas.Aunquetienensuorigen en el empleo de clavos, abarcan de forma genrica a clavos, grapas, pernos, tirafondos y pasadores;pudindoseencontrarenunaampliagamadetamaosformasymateriales(Argellesetal.,2003).Sibiensuusoseremontamuyatrsenlahistoria,fuedespusdelarevolucinindustrialcuandoloselementosclavijaseconvirtieronenunsistemadefijacincomnenconstruccionesdemadera,quehapermanecidohastanuestrosdas(Figura12).

Uninarticuladaenlaclavedeunarco

Nudodeunpilardemaderaconlabasedecimentacin

Figura12.Nudosdeuninconclavijasenestructurasdemadera(Argelles,2010).

Lamejorade lastcnicasdediseoenestecampode la ingenieraprontomostr lanecesidadde investigacin,debidoalodelicadoqueresultaeldiseodeestetipodeuniones,porquepresentandistintasconfiguracionesdefallo,ypuedenaparecertensionesvariablesy localizadasenzonas,como losvrticesde laspiezasdemadera;ortulasdeplastificacinenlasclavijas,provocadasporelmomentoflector.Porotrolado,laorientacindelasfibrasdelamaderanotieneporquestaralineadaconladireccindelascargas,influyendoestadiferenciadeorientacinen la capacidad resistivade launin.Es importante conocer cmo lasdiversas variablesque intervienenen laconfiguracindestostiposdeelementosafectanalosdistintosmodosdefalloyalamagnituddelastensiones.Porello,lasunionesenestructurasdemaderaqueusanelementosdetipoclavijasuponenunreto,quedalugaralpresentetrabajodeinvestigacin.

1.1.3 MarcodetrabajoyorgenesdelproblemaLos trabajos descritos en lapresente TesisDoctoral tienen por objeto lamejora de conexiones tipo clavija enestructurasdemadera.

Lasunionesconclavijasimple(sinelementosadhesivosoexpansivos)constituyenuntipodeuninmuyempleadoenlaejecucindelasestructurasdemadera.Sudiseosebasaenladenominadateoradelrendimiento,quefue

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desarrolladaenEuropaen ladcadade1940,yproporcionaexpresionesparael lmitedecargadeunionescondiferentesconfiguracionesmixtas,especialmenteparaunionesmaderamaderaymaderaacero(Johansen,1949)y(Hilson,1995).EnAmricadelNortetambinfueadoptadaysedenominEuropeanYieldModel(Rodd&Leijten,2003).Eldimensionadodeunionesmedianteestasecuacionespartideestudiosqueanalizaban suestadodeplastificacin,considerandounionesdetamaorealyteniendoencuentalasprincipalescaractersticasdelamaderaydeloselementosdeunin,enespecialelcomportamientoorttropodelamaderaylosmodosdefallodetipoplstico,comolasrtulasenlaclavijaoelaplastamientodedeterminadaszonasdelamadera(Figura13).

Disposicindeunaprobetaparaelestudiodeunaunindemaderaconclavija(Johansen,1949)

Estadofinaldelaunindemaderaconclavijaunavezsobrepasadasucapacidaddecarga(Argelles,2010)

Figura13.Disposicionesdeunionesconclavijaparasuestudio.

Enelmbitoeuropeo,losfundamentosdedimensionadodeclavijashansidorecogidosenlanormativa(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010).DichosprocedimientosparaelclculodelasunionesestnasimiladosenEspaaenelCdigoTcnicodelaEdificaciny,msconcretamente,enelDocumentoBsicodeSeguridadEstructuralparaEstructurasdeMadera(DBSEM,2009),ensuApartado8.3.

Losnuevossistemasdefijacin,labsquedadeunadistribucindetensionesmsuniformeentodalaclavijayelanlisisdetcnicasdeclculomsajustadasalaevolucindelauninsonelobjetivodeestainvestigacin.Estetrabajotomaimportanciaporqueestudialateoradelrendimientoasumidaennormativa(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010)yanalizaelefectodelareduccindeltamaodelosagujeros,quedebilitanlaescuadrademaderaaldistribuirlastensionesenlasclavijas.

Lastcnicasactualesdeconstruccintiendenalempleodeunionesrpidasymsfiables,permitiendoconsiderarmsfactoresquelastcnicasdeconstruccintradicionalescomo,porejemplo,elusodenuevosadhesivos.Ademsdelaplastamientodelamadera,laflexindelaclavijayelefectosoga,existendistintasvariables,comoelusodebuln roscado,encolados,expansionesdentrodelagujeroyunionescon tuercaarandela,quepuedenayudaraoptimizarelcomportamientodelaunin.Enestetrabajoseanalizacmosemodificalarelacincargadeslizamientode la unin al aadir elementos constructivos que distribuyen la tensin de aplastamiento de lamadera y ladeformacinplsticadelaclavija.

Sebuscansistemasdeunindetipoclavijaquepermitanreducireldimetrodelamisma,yaquemayorestamaosdeclavijaaumentanlasposibilidadesderoturafrgilenlaunindemadera(Guan&Rodd,2001).Eltrabajoabordaelestudiodeladependenciadelosdiversosfactoresconeldimetrodelaclavija,utilizandoprocedimientosacordesconsituacionesreales,yaadiendoademsotroscondicionantes,comoelcambioenladireccinlongitudinalenlafibradelamadera(Bainbridgeetal.,2002).

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Unatendenciahabitualen laconstruccineselempleodematerialesms ligeros,demayorresistenciaymenorseccin.Enconsecuencia,larealizacindeagujerosparaalojarlasclavijasqueintervienenenlauninesdelicada.Se acenta la influencia de tensiones locales y resulta necesario considerar el anlisis de las secciones netas(descontandolosorificiosparalasclavijas),frentealclculosimplificadoconseccionesbrutas,habitualcuandosetienengrandesescuadras.

Otroaspectoque sedebeconsiderares la resistenciaal fuego.Enelcasodeunionesconelementosclavijanoprotegidas,comolaconexinconclavos,tirafondos,pernosopasadores,stasseconsideranestablesdurante15minutos.Eldesarrollodeunionesprotegidasfrentealfuegoesunfactorespecialmenteimportantesisepretendemejorarlacompetitividaddelasunionesestructurales;porestemotivo,eldiseodeuninconclavijaysusposiblesmodosdefallodebencontemplardisposicionesquereduzcanlosefectosdelfuegoenlamedidadeloposible.

Laoptimizacindeldiseode launindebe tenermuypresente la teoradeleslabnmsdbil, loquepuedesuponerqueunfallolocalsepropaguellevandoauncolapsoglobaldelaestructura.Existenmodosdefallo,comolos originados por hiendas, deslizamiento de la unin o excentricidades, que pueden ocasionar colapsosestructuralesnoprevistosen lashiptesis inicialmenteconsideradas.Porello,cuantomssimplesea launinymenosherrajessenecesiten,mejorserelresultadofinal(Argellesetal.,2003).

EltrabajodesarrolladopararealizarlaTesisDoctoralhaimplicadolaborespropiasdelaIngenieraMecnicacomo:

Anlisisdelcomportamientomecnicodematerialesestructurales. Estudio, seleccin y validacin de modelos resistentes, considerando los fundamentos del Clculo

Estructuralylanormativa. Modelizacin de estructuras reales con una revisin de su durabilidad, aspecto aplicado en una

construccinrehabilitadaydeclaradade intershistrico: lasDrsenasdelCanaldeCastilla,enAlardelRey,Palencia.

Integracincontcnicasnumricasyusodeaplicacionesdeelementosfinitos. Fabricacindeprototiposyprobetas,para la recopilacindedatos resistentesmedianteensayode las

mismas. Estudiodedistintascomposicionesdeunionesconclavija,orientadoadefinirycuantificarquefectos

mejoranelrendimientodelaunin.

1.2 IntersyoriginalidadLaoriginalidaddelpresentetrabajoestenestudiarafondotantolosmecanismosresistentescomolosdefalloenlasuniones tipoclavija,buscandoproponermejorasensudiseoquepermitanhacer fijacionesmseficientes.Tambinentrasladaralcampodelasestructurasdemaderaestructurallastcnicasdeuninqueseempleanenotrasdisciplinas,comoporejemplolasclavijasencoladas(enmuebles),launinportaladrosconadhesivosqumicos(endiversosmateriales)olossistemasexpansivos(enhormign).Conestassolucionespropiasdelmercadoactualse pretenden desarrollar tcnicas de conexin entre elementos demadera conmayor resistencia, ligereza yflexibilidadquelasunionestradicionales.

Lanovedadradicaenpoderaplicaryestudiartcnicasquepermitanlasuperposicin(sobrelaclavijasencillaylisa)deotroselementos,comopuedenserfijacionesen losextremos,adhesivosyconectores;omodificacionesen lapropiaclavija,comosurugosidad.Tradicionalmentesehanutilizadounionesdetipometlico,conbasesdeclculofundamentadasenelaplastamientodelamaderaoenlaformacindertulasplsticasenlaclavija(habitualmentemetlica).Resulta interesante introducirsimultneamentemejorascomplementarias,como lafriccinentodoelhuecodelagujeroconsuperficiesdemayor rugosidad, laexpansinoadherenciaenelcontactoentreclavijaymadera,paradeterminarlaevolucindelacargaamedidaqueprogresaeldeslizamientodelaunin.

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Sepretendereforzarlaseguridadparaconstruirconestetipodeunionestipoclavijayaumentarsurendimiento,ampliandolasgarantasdeclculosobrenuevasespecificacionessuperpuestas,dando:

Unmayorsoportea lasnormativasactuales,conunanuevaformadecalcularque integreconmsprecisin el efecto de fijaciones, adhesivos y expansiones, y orientada a lograr una distribucintensionalextendidaanuevaszonas.

Unadefinicinde lametodologaparaproceder conestas formasdeconstruir,e informacinmsprecisadelcomportamientoarigidezdelaunin.

Ms informacinsobre laevolucindeestoselementosestructurales,conmtodosdeensayomscompletos,enparaleloconelclculoanalticoylasimulacinbasadaenelMtododelosElementosFinitos(MEF).

1.3 ObjetivosglobalesElobjetivoglobaldeestaTesisDoctoral se centraenelanlisisde lasprincipales configuracionesutilizadasenunionesdetipoclavijaenestructurasdemaderaysusmodosdefallo,ascomoensuoptimizacin,determinandolastensionesqueaparecenenellasylasresistenciasquelascaracterizan,eintentandoafectarlomenosposiblealasseccionesdelavigaenqueseinsertanestasuniones.

Secomparanlosresultadosobtenidosmediantelasecuacionesanalticascontempladasenlasnormas(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010)ylabibliografadereferenciaconlosobtenidosmediantesimulacionesnumricasyensayosexperimentales.

Sepretendeconocerqucomplementos,comoporejemploelencolado,lasfijacionesenlosextremosoloskitsdeexpansin,sepuedenaadiralaclavijaparamejorarsurendimiento,considerandovariablesgeomtricas,decarga,decontornoodematerial.

Lasconclusionesobtenidasdeesteestudioaspiranafacilitarelclculo,ensayo,eleccinycomposicindeelementosqueconstituyenlaunin,ascomosuslosparmetrosgeomtricos.Endefinitiva,obtenerundiseomseficiente,seguro,econmicoydemayorcalidad.

1.4 ObjetivosparcialesElabanicodeobjetivosglobalessepuededesglosarenotrosmsparticularesyconcretos,quecorrespondencondesarrollodeltrabajo:

1) Analizarelestadodelarteenloreferenteaunionesenestructurasdemadera,eidentificartipologasafinesalcontextodelamaderaestructural,juntoconsusposiblesvariantesdediseo.

2) Someter a revisin las expresionesquepermitendeterminar la resistenciade lasuniones tipo clavija.Estudiarculessonlasprincipalesindicacionesdediseopropuestasporlasnormas,ascomosuslmites.Analizarlasecuacionesdedimensionadoeidentificarpropuestasquemejorenelestadodelatcnica,tantoenresistenciacomoenrigidez.

3) Estudiarloselementosqueparticipanenlaunin,paragarantizarsubuencomportamiento,caracterizandolos materiales empleados y otros elementos que pudieran suponer una contribucin positiva alcomportamientodelconjunto.

4) Realizar un acercamiento a estructuras reales y casos prcticos con exigencias concretas, tantoestructurales comodedurabilidad,a findedarunaproyeccinaplicadadel trabajode investigacineidentificarmotivosde falloenestructurasoperativas, tomndolas como referenciaparadefinirnudos,materiales,geometras,cargasycomportamientosprcticosyaplicados.

5) Desarrollarmodelosnumricos,comoeldeelementosfinitosoelrelacionadoconlosdiagramasdecuerpolibreylasecuacionesdeequilibrioestticoendistintassituacionesdecarga,conlaintencindeconocer

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endetalle laevolucinde lasdistintas clasesdeunin con clavijaamedidaqueentranen cargay lasmagnitudesdelastensionesenlaszonasdeinters,especialmenteinterioresalaunin,quedeotraformaseracomplicadodeterminar.

6) Estudiarelcomportamientodelosnudosdesdeunenfoqueexperimental,fijandolosprocedimientosdeensayo,yestableciendoelnmerodeensayosrepresentativosysucomposicinenmuestrascomobasedeposiblestratamientosestadsticos.Realizargrficascomparativasyvalorarposiblesfallosenlaunin.Compararlosresultadosexperimentalesconloscorrespondientesalassimplificacionesasumidasporlasnormasylosmodelosdeelementosfinitos.

7) Integrarlosresultadosobtenidosdelosensayosenunaaplicacindegestinquepermitagenerarinformesnormalizados,demodoquesirvacomobasededatosparaotrostrabajosfuturos,yfaciliteeltratamientoyanlisisdelainformacin.

8) Valorarelementosadicionalesquepuedanreforzaralauninconclavija,alobjetodereducirlosvaloresdeldimetrodeclavijayevitareldebilitamientodelasvigasdemadera.

9) Obtenerlasconclusionesfinalesdelestudioypropuestasdemejoraquepuedanampliarlosconocimientossobreeldiseodeestetipodeuniones.

1.5 EstrategiaparaeldesarrolloLosprincipiosdelmtododeloscomponentessuponenladescomposicindeunproblemacomplejoenvariablesmsfcilesdeestudiar.Estoesmuyhabitualenelclculovectorialasociadoalasecuacionesdeequilibrioestticoque se dan en el clculo de estructuras. Tambin ha sido tomado como referencia en trabajos demontajesmecnicosdetipoclavijaconmadera(DongPhuong,2006).Elhacerusodelmtododeloscomponentespuedeseruna tendenciaquepermita la integracin futuradeotros complementosmecnicosen launin.Elmtodo sedesarrollaenlassiguientesfases:

1. Identificacindeloselementosconstitutivosdelaunin,sometidosatraccin,compresinocortadurayflexin.

2. Determinacindelcomportamientomecnicodecadaunodeestoscomponentes.3. Conjuncindedistintoselementos,conelfindeestablecerelcomportamientoaresistencia,arigidezya

plastificacindelconjuntoopartesdel.

Laaplicacindeestemtodoalestudiodelcomportamientodelasunionesmecnicasobjetodeestudiosuponeunestudio "local" de los componentes que contribuyen al diagrama del cuerpo libre. Consiste principalmente endesarrollarmodelosanalticosparaelanlisisdelcomportamientodelnudo.Posteriormente,otroestudio"global"delasunionesanalizacomosecombianotroselementosderefuerzo.

Estemtodotambinhasidoasumidoporotrosautores(Otero,2009)a lahorade introducircomplementosdemejoraensustrabajossobreBarrasroscadasdeaceroencoladasenmaderadefrondosa.Enestecaso,losposiblesfallosdebensertratadosydescritoscondetalle,porquecualquieradeellospuededarlugaralcolapsodelsistema.Entrelosfallosmssignificativosquepuedenaparecerestnlossiguientes:

1. Fallo del elemento de madera. Implica la revisin del dimensionado de este elemento. Supone lacaracterizacindelamaderaysucomportamientocomovigaparatransmitiresfuerzosalnudo.

2. Fallodelaclavija.Suponeverificareldimensionadodelelementodeenlaceteniendoencuentalosfallosquesepuedenproducir,comolasrtulasplsticas.

3. Fallodecohesinenlazonadecontactoentrelaclavijaylamadera.Suponeconsiderarlamayoromenordistribucintensionalydeefectosogaalolargodelagujero)ofallosporcortanteenzonasmuylocalizadasdelaclavija,comolacorrespondienteaintercarasdemadera.

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4. Fallo de elementos de refuerzo, como el adhesivo introducido entre clavija y madera, debido aldesprendimientoqueenstesepuedeproducirantedeslizamientodelaclavijarespectoalagujero.

5. Falloporhendiduradelelementodemaderayverificacinde lasdistanciasmnimasde lamaderaparaevitarproblemascomolaaparicindehiendas.

LaTesisconsideralosnuevosdesarrollosnormativosbasadosenprestacionesuobjetivos,independientementedelastcnicasquesehayanutilizadopara laconstruccinde laestructura.Paraelloseestudian losestados lmiteltimos,especialmenteporlaplastificacinenlazonadeunin;perotambinlasdeformacionesquepuedetenerlauninenfuncindelasituacindecarga,facilitandocriteriosdediseocercanosalosestadoslmitedeservicio.Distintasorganizaciones internacionales (CEPE,CIB, IRCC,etc.),relacionadascon lanormativade laedificacinyestructuras, reconocen estos sistemas basados en prestaciones (Wikipedia CTE, 2014). Este enfoque facilita lainnovacinyelusodenuevastcnicas,permitiendosuusoaunquenoexistierancuandoseredactunanorma,siemprequeelresultadoqueproporcionenlasnuevastcnicasseaeladecuado.Lastendenciasanterioresestabanorientadasaprescripciones,donde los trabajosdeconstruccineran fijadospornormaynoeraposibleutilizartcnicasdesarrolladasposteriormentey/ohabaundesajusteentrelainvestigacinbsicayeldesarrolloaplicado.

EldesarrollodelaTesisDoctoralhaestadoorientadoalestudiodeunionesrealizadasmediantelacomposicindepiezascomerciales.Elsistemadeevaluacindelaresistenciadelamaderay,engeneral,laaplicacinnormativa(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010)estnorientadosasistemasestructuralesqueconsideranlasfasesdeproyecto,construccin,mantenimientoyconservacin.Porello,desarrollarelestudioapartirdepiezaspequeasylibresdedefectosnosiempredalugararesultadosajustadosalarealidad(Ariza,2002).

Teniendopresenteestaestrategia,seutilizunaestructuraeneldesarrollodelestudiobasadaen:

1. Objetivos:stosdebensercumplidosporlasestructurasysusuniones,segnunaextensanormativaconelmayorgradodeactualizacinposible.

2. Exigencias:Requierenundesarrolloms tcnico, considerando lasexigenciasque seestablecenen lasestructurasparaquesedenporcumplidoslosobjetivos.

3. Mtodosdeverificacin:Suponeestablecermtodosdeverificacinqueseadmitanparacomprobarqueuntrabajocumpleconlasexigencias.

4. Solucionesaceptadas:Setratadelcompendiodesolucionesconstructivasvlidasyquecumplenconlosmtodosdeverificacin.

LospuntosanterioressehacenecodelasindicacionesdelasprincipalesOrganizacionesInternacionalesrelacionadasconloscdigosdelaedificacin,talescomoelComitInterjurisdiccionaldeColaboracinReglamentariaoelConsejoInternacionaldelaEdificacin,ambosinspiradoresdeloscdigosdepasesavanzados,talycomoindicaelCdigoTcnicodelaEdificacinensuexposicindemotivosyqueeslabasededistintosdocumentosrelacionadosconlaseguridadestructural(DBSE,2009),(DBSEAE,2009)o(DBSEM,2009).

1.6 EstructuradelamemoriaLapresentememoria,queexponeeldesarrollodelaTesisDoctoral,seorganizaen7captulos,cuyocontenidosedescribebrevementeacontinuacin.

EnelCaptulo1seharealizadounabreverevisindelosantecedentes,divididosentresapartadoscorrespondientesalamadera,lasunionesestructuralesyelproblemaenparticularquehasidoobjetodeestudio.Seenumeranlosobjetivosyseexponelaestrategiaparaalcanzarstos,juntoconotroselementosdeinters.

EnelCaptulo2serecopilanlascaractersticasdelamaderaestructuralysuspropiedadesmecnicas,seclasificanlosdistintoselementosdeuniny,finalmente,secentraenlasunionesconelementosdetipoclavija,desarrollandomsdetalladamentesucomportamientomecnicoconlasbasesdeclculoreconocidas.

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ElCaptulo3describelosmodelosdereferenciaquehansidoutilizados,partiendodelaspremisasqueseesperanparaunbuen comportamientode launin. Sedescriben las actividadespara ratificar la caracterizacinde laspropiedadesdelosmaterialesquedanorigenalaunin.Sevaloranyseleccionanloselementosderefuerzo,comoadhesivos,conectoresysistemasdeexpansin.Sefinalizaelcaptuloanalizandounaestructurarealyrestaurada,mostrandolosfallosquetuvieronlugarenella(especialmenteenloreferentealosnudos),ascomolassolucionesquehansidoadoptadasensureconstruccinyelprocesodeclculoquedefinelascapacidadesdecargarequeridasenlasuniones.

EnelCaptulo4 seexponen losmodelosnumricosque sehanutilizadoparaeldimensionadoyobtencinderesultados,donde sehanempleadoespecialmentedos tcnicas: lasecuaciones analticasdedimensionado, yareconocidas,yunmodelodeelementosfinitos.Ensteltimosehaincluidounasubrutinaprogramadadeformaespecficaparasimularelcomportamientomecnicodelamadera.

EnelCaptulo5serecopilanlastcnicasdeensayosempleadasparadeterminarlaspropiedadesdelamaderay,posteriormente,detodoelconjuntodeunindemaderaconclavija.Sedescribenloscontrolesyelprocedimientodeensayoquehasidoaplicadoparagarantizarlafiabilidaddelosresultadosexperimentales.Finalizaelcaptuloconladescripcindelosinformesderesultados(facilitadosenelanexocorrespondiente)ycmoestosinformessehangestionadoyconectadoconlosresultadosnumricosatravsdeunabasededatosdesarrolladaatalefecto.

En elCaptulo 6 semuestran los resultadosde losmodelos y trabajosdescritos en captulos anteriores. Estnestructuradossegnlossiguientesapartados:

Evolucinde las variables geomtricas y resistentesque afectan a launin, segnelmodelo analticoreconocido,ylaimportanciaquepresentancadaunadeellasparaconseguirunamayorcapacidaddecargaenlaunin.

Resultadosdetensionesydeformaciones,especialmenteenlazonasexpuestasamayortrabajo,juntoconlosresultadosdelacapacidaddecargadelauninfrentealdeslizamiento,haciendousodelmodelodeelementosfinitos

Anlisis de los informes de ensayos en consideracin a: las variaciones geomtricas, las propiedadesmecnicasmsrelevantesyloselementosderefuerzoquesehanempleado.Semuestranlascurvasquerelacionan lacapacidaddecargaen launin frentealdeslizamiento frutode los trabajosempricos,serealizaunestudiodelaenergaquepuederecogerlauninysecomparanlosresultadosdelosensayosconlosmodelosnumricosprevios.

Seexponen losresultadosde lapropuestaanalticaquepermiteconocer laevolucindecargafrentealdeslizamiento, juntocon lasuperposicindeelementosderefuerzoy la introduccindeefectosqueelmodeloanalticoinicialnocontemplaba.

stecaptuloconcluyeconlavalidacindelosresultadosobtenidosquehansidogeneralizadosatodoslosensayosycomparadoscon lanuevapropuestaanaltica realizada,para ratificarquestaesacertadaypermiteobtenersolucionesseguras.

Finalmente,enelCaptulo7serecopilanlasconclusionesalcanzadasysehaceunarevisindelosobjetivosinicialesjuntoconlasevidenciasqueratificansulogro.Tambinseexponenlospatrocinios(tantopblicoscomoprivados)quehatenidoestetrabajo,laspublicacionesenrevistascientficasycongresosalosquehadadolugar,paraterminarconlapropuestadeposibleslneasdetrabajoafuturo.

Lamemoriafinalizaconunarelacindelabibliografaconsultada,lasTablasyFigurasenumeradasenlatesis.Seincluyen tambin los anexosen formatodigital,que contienen: losmodelosnumricos, labasededatos y losresultados(tantonumricoscomoexperimentales)quehansidofrutodeestetrabajo.

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2 Estadodelatcnicasobrelamaderaestructuralyloselementosdeunin

2.1 IntroduccinEstecaptulorecopilaelestadodelatcnicaenlamaderaysuselementosdeunin.Esnecesarioparaestablecerlas bases de trabajo con las que luego se desarrolla el proceso de investigacin. Se inicia describiendo elcomportamientodelamadera,enespecialsuspropiedadesmecnicas,ycmoapartirdestassehaestablecidounsistemanormalizadoquepermiteagruparlasenfuncindesustiposycalidades.Sedescribeestesistemadeclases resistentesquepermite identificar lasespeciesdemaderamsempleadasenelmbitoestructuraly surelacincon laspropiedadesmecnicas,enespecial lasderesistenciacaractersticay lasderigidez.Tambinsedescribenlassingularidadesdeafectanalamaderaycmoafectanasucomportamientomecnico.

Posteriormente se hace una recopilacin general y clasificacin de los tipos de uniones ms empleados enestructurasdemadera,situando lasunionesde tipoclavijaenestecontexto.Sepasaa realizarunestudiomsdetalladodestas,partiendodelestadodeinvestigacindeestetipodeelementosycmohaevolucionadoeneltiempo.Seidentificaunadelascorrientesdeinvestigacinmsimportanteseneldiseodeestasunionesqueseasociaconlaplastificacinendeterminadaszonasdelconjunto,sedesarrollandeformadetalladasushiptesis,losmodosdefalloquecontemplaylasecuacionesalasquehandadolugaryqueactualmenteseempleanatravsdelasnormasdeclculoydiseo.

Elcaptulofinalizaconlaexposicindeotrosefectosquesepuedendarenlasunionesdemaderaconclavija,comoporejemplo:lasuperposicindelefectosoga,elfalloporhienda,elcomportamientodelauninexpuestaafuegoolaevolucindeladeformacinenlaunincomoconsecuenciadeltiempo.

2.2 LamaderacomomaterialestructuralLamaderaesunmaterialdecomportamientomecnicocomplejoencomparacinconotrosmaterialesdeusoestructural,comosonelacerooelhormign,yaquepresentapropiedadescomo laanisotropa, fenmenosdehinchaznymerma,ydeformacionesdiferidaseneltiempo,queenaceroyhormignseconsiderandespreciables.

En lossiguientesapartadossevanaexponer,paraestematerial, lasanteriorespropiedades,ascomootrasquepuedenresultardeintersparaentendersucomportamientocomomaterialestructural.

Lasestructurasdemaderaestnalcanzandogranpopularidad,debidoa susventajasestticas,de resistenciaymedioambientales, frenteaotrosmaterialestanutilizadoscomoelacero,conseriosproblemasderesistenciaafuego,yelhormign,degranpesopropio.Algunasventajasdelamaderaparalarealizacindeestructurasson:

1. Requierepocogastoenergticoparasufabricacin,transporteypuestaenobra.2. Esfcilmentemanejableymecanizable.3. Permiterealizarmontajesdeformarpida,limpiayenausenciadeagua.4. Esunmaterialligero,conunarelacininteresanteentreresistenciaypeso.5. Permite salvar grandes luces, sobre todo en las variantes laminadas, adaptndose prcticamente a

cualquierestilo.6. Confortable,yaqueesunbuenaislantetrmico,presentaunabuenaabsorcindelasondasacsticas(lo

quesetraduceenunareduccindelareverberacin),regularizalahumedaddelmediointeriorymantieneunequilibriohigroscpicoconelmedio(tomandoocediendohumedadhastaalcanzarunequilibrio).

7. Conundiseoypuestaenobracorrectos,lassolucionesconstructivasconmaderapuedenllegarasermuyduraderas.

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8. Bajo impactoambiental. Losprotocolos sobreel cambio climtico, comoeldeMontrealyeldeKioto,complementadoporrevisionescomoelPlandeAccindeBali,hanpotenciadoelusodelamaderaenlaconstruccin (y tambinenelsectorenergtico),basndoseensugrancapacidad fijadoradeCO2ysupositivoefectoenlareduccindelahuellaecolgicadejadaporelprocesoedificatorio.

Frenteaestasventajas,sepresentantambinalgunosinconvenientes,comosonlaortotropa,fluencia,hinchaznymerma,atenuadasenpartegraciasalosmaterialescompuestoslaminadosymicrolaminados.Otroinconvenienteparasuusoestructuralhasidolafaltadeunsuministroregulardemadera(especialmenteenEspaaenlosltimos50aos), junto con laausenciadeunanormativaoficialqueamparasealproyectistaen susclculosydiseos(Labrniaetal.,2010),loquederivenunpaulatinodesusodelmaterial,resueltoconlaentradadedocumentosnormativosderespaldo legal.ElCdigoTcnicode laEdificacinconelDocumentodeSeguridadEstructuralenMadera(DBSEM,2009)enEspaaysubasedereferenciaenelmbitoeuropeo,elEurocdigo5(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010),permitenvislumbraruncambioenlatrayectoriaenlosltimosaos.

2.2.1 AnisotropaDebidoasuimportanteefectosobreelrestodevariablesmecnicas,laanisotropaesunapropiedaddestacable.stasedebealaparticularestructuramacroscpicaenformaanulardelamadera,ocasionadaporlosdiferentesciclosdecrecimientoanuales.

Dentrodeltroncodeunrbolexistendiferenteszonas,conpeculiaridadesanivelmicroestructural,queprovocandiferentespropiedadesfsicasymecnicas.Entrelaspartesdelrbolsepuedendistinguir:

Lamdula,restosdeltejidovascularprimariodelcentrodeltronco,conescasaresistencia. Elduramen,en lazona interior,suelesermsoscuraydura.Est formadaporclulas fisiolgicamente

inactivas. Laalburaeslazonaexteriordeltroncomsjoven.Porellaviajanlamayoradeloscompuestosdelasavia;

esmsblanca,menosdensaymssusceptiblealataquedelosxilfagos,perofcilmenteimpregnableencomparacinconelduramen,porloqueesfcildetratar.

Elcmbium,setratadeunacapaquesiguealacorteza;enellasedistingueelxilema,queeslacapainteriorquevaformandolamadera,yelfloema,quevadandolugaralacorteza.

La corteza externa, formada por clulas muertas, sirve de proteccin al rbol frente a los agentesatmosfricos.

Esaconsejablefijarunsistemadecoordenadasparaeltroncoalcompleto,detipocilndrico.En laFigura21semuestraunesquemadelaseccindeuntroncoconsusdiversosanillos,ascomodelsistemadecoordenadasradialapropiadoparadefinirlo.Bajoestascondiciones, los tresplanosde trabajopresentandiferentesvaloresen suspropiedadesmecnicas, es decir, existir ortotropa. Estos planos tambin se denominan: transversal o axial(perpendicularalejeaxial),tangencial(perpendicularalejeradial)yradial(perpendicularalejetangencial).

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Figura21.Ejesprincipalesdecrecimientodelamaderaenuntronco(Argelles,2010).

Entreloscomponentesdelamaderasepuedendistinguirlacelulosa,lahemicelulosaylalignina,cuyasproporcionessepuedenverelTabla21,yelementosqumicosbaseen losanteriores,comocarbono (50%),oxgeno (44%),hidrgeno(6%),cenizas(0,5%)ynitrgeno(0,1%).

Tabla21.Elementosprimariosenlamadera.

Conferas FrondosasCelulosa 50% 50%Hemicelulosa 23% 26%Lignina 27% 24%

Loscomponentescumplenfuncionesespecficas:

Lacelulosaformapartedelostejidosdesostn. Lahemicelulosaesunpolisacridoqueformapartedelamatriz,juntoalalignina,donderesidelacelulosa

yconstituyelaparedrgida.Protegealacluladelapresinejercidasobrestaporelrestodelasclulasquelarodean.

Laligninaesunpolmeroquerealizamltiplesfuncionesesencialeseneldesarrollovegetal.Porejemplo,seencargadeengrosareltalloyproporcionarigidezalaparedcelular.Lostejidoslignificadosresistenelataquedelosmicroorganismos,impidiendolapenetracindelasenzimasdestructivasenlaparedcelular.

La justificacin del comportamiento anistropo reside en la estructuramicroscpica de estematerial, que secomponedefibrascolocadasenladireccinaxialolongitudinaldeltronco.Enelplanoperpendicularastaaparecenotrasdosdirecciones,ambasperpendicularesentres,condiferentecomportamientomecnico.Larazndeestecomportamiento sedebe a ladiferenciaen ladensidadde las fibrasen ladireccinde crecimientodel troncoasociadacon lasestacionesdelaoysuscaractersticasclimticas.Encadaanillodecrecimientosedistingue lamadera formadaenprimavera (msclara,conclulasdemayordimetroyparedesmsdelgadas)y lamaderaformadaenverano(msoscura,clulasdemenordimetroymsoscuras).Laalternaciaenelcolorentrelamaderadeprimaverayveranodalugaralasvetas.ComoseobservaenlaFigura22,dentrodelaseccintransversal,sepuedenapreciardistintostamaosenlastraqudeas,ovasos,quetieneninfluenciaenladensidaddelamadera.

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Figura22. Corteanatmicoenlamaderaydiferentesdensidadesdelasfibrasenfuncindelciclodecrecimiento(Queipoetal.,2010).

Las fibrasseencuentransensiblementealineadasen ladireccin tangencial.En laradial, laalineacinnoestanperfecta, loquedisminuye su capacidadde resistencia (Holmberg&Persson,1999). LadiferenciaentreambasdireccionesserepresentaenlaFigura23,dondesepuedenapreciarlasirregularidadesenlaformacindelosvasos,entrelasdireccionestransversalyradialdelafibra.

Figura23.Diferenciasdealineacinenlasfibrasparalasdosdireccionestransversales.

Noobstante,ladiferenciadecomportamientoentreestasdosdireccionesesmenosacusadaquelaqueexisteentrecualquieradestasylacorrespondientealejeaxial.Demodoorientativo,laFigura24presentalastresdireccionesconlaresistenciarelativaalacompresin.

Direccinradial(R)

Direccintangen

cial(T)

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Figura24.Resistenciarelativaalacompresinencadaunadelastresdireccionesdeortotropa

(Holmberg&Persson,1999).

ElsistemacilndricoexpuestoenlaFigura21esadecuadoparaladescripcinglobaldeltronco,perolaspiezasdemaderautilizadasenestructuras(queseobtienendelmismotronco)seestudianmejormedianteunsistemadecoordenadascartesiano,puestoquelascapasenstasquedancasiplanasyparalelas.

Elcomportamientoorttropodelamaderacontresdireccionesdistintassesimplificaadosenelclculohabitualdeestructuras,yaqueentrelasdosdireccionesdesimetraperpendicularesalalongitudinal(radialytangencial)apenasexistediferenciadecomportamiento.Adems,tantosisetratadeunapiezademaderaaserradaolaminada,laposicinrelativadeextraccindecadapiezaconrespectoalosanillosdelrbolnomodificasustancialmenteelcomportamientoenlasdireccionesradialytangencial.Porotrolado,laaleatoriedaddesuposicinharaimposibleunaadecuadaconsideracinde lasdiferentesmagnitudesdecomportamientoencadacaso,comomuestran laFigura25ylaFigura26.

Figura25.Posicinrelativadelasdireccionestransversalesdelamaderaconrespectoalaseccin.

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Figura26.Tiposdecorte paraelaprovechamientoenescuadrasdemadera.

2.2.2 PropiedadesfsicasAlserlamaderadeorigenorgnico,presentaalgunascaractersticasquenoaparecenenotrosmaterialesdeconstruccin,comoelacerooelhormign.

Higroscopicidad.Elgradodehumedadquecontienelamaderasereducedesdeelmomentodesutalaporun efectode secado en el ambiente, alcanzando un valor queno es constante, sino que vara con latemperaturayhumedadrelativadeste.

Hinchaznymerma.Lavariacindelahumedadenlamaderaimplicaunavariacindesuvolumen,conlaconsiguientemodificacindelasdimensionesdeloselementosquesefabricanconsta(Figura27).Enconsecuencia,puedensurgirproblemasdetensionesaadidasalasdetrabajodebidoalavariacindelasdimensionesinicialesdelaestructura,desajustesenlasunionesyaparicindegrietasofendasdesecadoquefavorecenelataquedeinsectosxilfagosyhongos.Paraevitartodosestosproblemas,alamadera,trassutala,selasometeasecadohastaalcanzarunahumedadlomsparecidaalahumedaddeequilibriohigroscpicoquetendrdurantesuservicio.Estevalorosciladesdeun30%,siformapartedeunaobrahidrulica,hastaun10%,sielelementosevaasituarenunlocalcalefactado.Porotrolado,notodaslasdireccionessonigualdesensibles,siendolatangenciallamsvariable,mientrasquelaaxialapenascambia.

Figura27.Hinchaznymermarelativaenlamadera(en%).

Densidad.Esotrodatoimportantequesehadeconsiderar,debidoaquevaaparticiparenlaconcargadela estructura (esto es, cargas cuyamagnitud se va amantener constante a lo largo de la vida de laestructura).Suvalorvaadependerdecadaespecie,ydesucontenidodehumedad;engeneral,setomacomo referenciapara lamismaun12% (UNEEN384,2004).Bajoestascondiciones, lasconferasmsutilizadastienenunadensidadcomprendidaentre420y550kg/m3,ylasfrondosasestarnentre550y700kg/m3,aunquepuedenllegaraoscilarentrevaloresde350y900kg/m3(DBSEM,2009).

2.2.3 PropiedadesmecnicasLaspropiedadesmecnicasdelamaderadebenestarencoherenciaconuntrabajodediseoconjuntoquepermitavalorarlassolucionesmsinteresantesaelegirdeentrelasdistintasvariables(vaseFigura28).

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Figura28. Diagramaparalaeleccindelproductomsadecuado (Queipoetal.,2010).

Elcomportamientomecnicodelamaderasecaracterizaporsualtaresistenciaatraccinycompresinendireccinparalelaa la fibra longitudinal,en contraposicina subaja capacidad resistivaanteestosmismosesfuerzosendireccinperpendicular.Tambinesbajasuresistenciaacortante.Porotrolado,tieneunmdulodeelasticidadbajo,loqueprovocadeformacionesapreciables,sobretodocomparadasconlasdelacero.

2.2.3.1 Traccincompresinparalelaalafibra

Lacausadeldiferentecomportamiento,bajoesfuerzosaxilesdetraccinycompresin,radicaenlaanisotropadelmaterial.Losvaloreshabitualesdelacapacidadderesistenciaparalasdiversasclasesdemaderaenladireccindelafibravaranentre8y30N/mm2entraccinyde16a29N/mm2encompresin(UNEEN338,2010).Lostirantesy lospendolonesde lascerchas sonejemplosdeelementos sometidosa traccin,mientrasqueencompresinpuedentrabajarpilares,montantesdemurosyentramados.

Bajo esfuerzos de compresin, deben tenerse en cuenta los efectos de inestabilidad (pandeo) que provoca ladisminucinde lacapacidadportante.Eneste fenmeno, lapropiedadmecnicams importanteeselmduloelsticoque,paralamadera,tieneunvalorrelativamentebajo.Enespecialanteesfuerzosdecompresin,comoseobservaenlaFigura29,yaquesucurvatensindeformacinesmsplanaqueladetraccinysepuedendistinguirdistintas fases en su comportamiento. El comportamientode lamadera tambin esdistinto en funcinde losdefectos.LaFigura29muestralaresistenciaentraccinyencompresinparamaderalibrededefectos,peroestasituacinseinvierteenmaderaclasificadaporlainfluenciadedefectos,especialmentenudos,queafectansobretodo,alamaderasometidaatraccin,reduciendosucapacidaddecarga.

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Figura29.Diagramatensindeformacinparamaderageneralyparaelpinosilvestreenparticular,endireccinparalelaalafibraenmaderalibrededefectos.

2.2.3.2 Flexin

SegnlaleydeNavier,unmomentoflectorprovocarunadistribucinlinealdetensionesnormales;parteserndetraccinypartedecompresin.Alcontrariodeloquepasaconotrotipodemateriales,elcomportamientodelamaderabajounesfuerzodetraccin,debidoalmomentoflector,esdiferentedelqueprovocaunaxildetraccin,siendomejorenelprimercaso.Dehecho,enconferas,habitualesenestructuras,sealcanzantensionesbajoflexinde14a50N/mm2(UNEEN338,2010),frentealos830N/mm2antesindicadosparaelaxildetraccin.Estetipodeesfuerzoapareceenvigas,viguetasdeforjadoyparesdecubierta.

2.2.3.3 Traccincompresinperpendicularalafibra

La resistenciade lamadera frente a losesfuerzosperpendiculares a la fibradisminuyeenormementeen comparacinconlosesfuerzosparalelosalamisma.Dehecho,entraccin,tienevaloresde0,4N/mm2paraconferas,conloqueladisminucinesdelordende30a70veces,mientrasqueencompresinrondalos2,5N/mm2paramaderasde conferasmedias (entorno a la clase resistenteC24), loque suponeuna reduccindel80%de laresistenciadelmaterialconrespectoaladireccinparalelayestemismotipodeesfuerzo.

Lajustificacin,paraelcasodetraccin,vuelveaestarenlaconstitucinmicroscpicadelamadera;lasfibrasestnalineadasenunasoladireccin,sinelementosdecohesinparamantenerseunidas.Porbajosqueseanlosesfuerzosalosquesesometanlasfibrasensentidoperpendicular,laresistenciaesmuylimitada.Estacaractersticapuededarlugaraproblemasentipologasestructuralesdemadera,comosonlasvigascurvasylosarcos,dondelapropiageometraderivaenlaaparicindeestosesfuerzosdetraccinperpendicualresalafibra.EnlaFigura210sepuedeidentificarunavigacurva,dondelastensionesdetraccinpuedendarlugarafallosenlaregindevrtice.Estaslimitacionespuedenatenuarseconlaintroduccindebarrasdeacerotransversalesquerefuerzanlaregin(Fueyoetal.,2008).Lasvigasentalladasconrebajeenlazonadeapoyosonotrasituacindondesepuedendarfallosportraccinperpendicularalafibra,quetambinpuedenserresueltosmedianteelrefuerzoconpernostransversalesalafibra.

Figura210.Vigacurvasometidaatensionesdetraccinperpendicularmentealafibra.

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Encambio,encompresin,laresistenciadelamadera,aunquebaja,aumentanotablementeconrespectoalcasodetraccin,porqueenestecasonoseproduceunaseparacindelasfibras,sinounfenmenodeaplastamiento;enlaFigura211seobservalacurvatensindeformacinquelorepresenta.

Figura211.Tensindeformacinbajoesfuerzodecompresinperpendicularaladireccindelafibralongitudinal(Argellesetal.,2003).

Uncasomuyhabitualdeaparicindeestetipodeesfuerzosedaenlaszonasdeapoyodelasvigas,segnseobservaenlaFigura212.

Figura212.Tensionesdecompresinenelapoyodeunaviga.

2.2.3.4 Cortante

Segnlarelacinentreladireccinenquetrabajanlastensionestangencialesqueprovocaelesfuerzocortanteylasfibras,tenemosdiferentesmodosdefallo.SonlosqueseobservanenlaFigura213.

Cortadura Deslizamiento Rodadura

Figura213.Modosdefalloporcortante (Argellesetal.,2003).

Cuandosetratedevigassometidasaflexin,tambinaparecenrnlastensionesdedeslizamientoycortadura,quetendrnelaspectorepresentadoenlaFigura214.Enestecaso,laformadefalloserpordeslizamiento,pueseslasituacinenqueelmaterialpresentamenorresistencia(entre1,7y3N/mm2).

Figura214.Modosdefalloporcortanteenvigasometidaaflexin (Argellesetal.,2003).

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Enelfalloporrodadura,lamaderapresentaanmenorresistencia(alrededordeun25%)frentealdeslizamiento,peroafortunadamentenoesuncasoqueaparezcaconfrecuencia.Seda,porejemplo,enunionesencoladasentreelalmayelaladeviguetasconseccinendobleT.

2.2.3.5 Mdulodeelasticidad

Enlamaderadebenadoptarsedosmdulosdeelasticidad,unoparaleloalafibrayotroperpendicularalamisma.Enelprimercaso,tambinexisteuncomportamientodiferentedelmaterial,segnestsometidoatensionesdecompresinodeflexin.Enlaprctica,sedespreciaestadistincinysetomaunnicomdulo,cuyovaloroscilaentre7y16kN/mm2paralosdiferentestiposdemadera.Porsuparte,enladireccinperpendicular,elmdulodeelasticidadoscilaentre0,23y0,53kN/mm2,aproximadamente30vecesinferioralanterior.

2.2.3.6 Criteriosderotura.Comportamientoantesolicitacionescombinadas

Los procedimientos de diseo tienden a simplificar los estadosmultitensionales sustituyndolos por estadosaproximadosuniaxiales,perolasimplificacinnoesadecuadaenelcasodematerialesortotrpicoscomolamadera,dadoqueunodesusmodosderoturahabitualeseslatraccinperpendicularalafibra.Noeselnicoinconvenientealanalizarlaroturadelamadera:suspropiedadesresistentesseobtienenapartirdeespecmeneslibresdedefectos,que raramentesedanen loscasos reales,y las teorasde roturaaplicadassederivande lasdesarrolladasparamaterialescompuestos,dondenoeshabitualqueexistanfallos.Adems,lasresistenciasatraccinycompresinnosoniguales.Enesteapartado,sepretenderevisarycompararalgunosdeloscriteriosderoturamscomnmenteutilizados.

Losmsempleadostienenformacuadrtica.Parasudefinicin,serequierenlassiguientesresistenciasuniaxialesdelmaterial:compresin(fc,0,d,)ytraccin(ft,0,d,)longitudinales,compresin(fc,90,d)ytraccin(ft,90,d)transversales,ycortante(fv,d).Laliteraturacientficasobremaderaesprolijaacercadeestadosuniaxialesdetensin,peronoloestantoenelcasodeestadosmultitensionales.

En las tareaspreliminares de diseo, es importante disponerdemodelos adecuados para la prediccin de lastensionesderoturaenpresenciadetensionesnormalesytangenciales.Paraestafase,adems,elanlisisdeberarequerirunnmeromnimodedatos,obtenidospreferentementeapartirdeensayossencillosoqueresultaranfcilmenteaccesiblesaldiseador.

Seconsideraquelamadera,cuandoestsometidaabajosnivelesdetensiones,tieneuncomportamientoelsticolinealorttropodescritomediante la leydeHooke,que relaciona las tensiones (L, R, T, LR, LT, RT) con lasdeformaciones(L,R,T,LR,LT,RT),segnlasdireccioneslongitudinal(L),radial(R)ytangencial(T)alasfibras,representadasenlaFigura23ylaFigura24.

L RL R TL TL

L R T

E E E

LRLRLRG

R LT L TR TR

R L T

E E E

LTLTLTG

T LT L RT RT

T L T

E E E

RTRTRTG

Ecuacin21

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Puedeexpresarseenversinmatricial,mediantelaEcuacin22.

RL TL

L R T

LT TR

L LL R T

R RLT RT

T TL R T e

LR LR

LRLT LT

RT RT

LT

RT

1 0 0 0E E E

1 0 0 0E E E

1 0 0 0E E E

C10 0 0 0 0G

10 0 0 0 0

G1

0 0 0 0 0G

Ecuacin22

DespejandolastensionesdelaanteriorexpresinsepuedellegaralaEcuacin23.

L L RT TR L RL TL RT T LT LR RT

R L RL TL RT R LT TL R TR LT TL

T T LT LR RT R TR LT TL T LR RL

LR

LT

RT

E (1 ) E ( ) E ( ) 0 0 0E ( ) E (1 ) E ( ) 0 0 0E ( ) E ( ) E (1 ) 0 0

L

R

T e

LR LR

LT LT

RT RT

0 D

0 0 0 G 0 00 0 0 0 G 00 0 0 0 0 G

Ecuacin23

EnlaleydeHookeaparecenlossiguientesdocecoeficientesquedefinenelcomportamientoorttropodelmaterial(Argellesetal.,2003):

EL,ER,ET mdulosdeelasticidadlongitudinales. GLR,GLT,GTR mdulosdeelasticidadtransversales. TL,LT,RT,TR,RL,LR coeficientesdePoisson. factorderelacindefinidoporlaEcuacin26:

LR RL RT TR TL LT RL TR LT

11 2

Ecuacin24

A las seis relaciones que se obtienen de la Ecuacin 22, hay que sumar las tres siguientes, que relacionancoeficientesdePoissonconmdulosdeelasticidadsegnlaTabla22.

Tabla22.RelacinentrecoeficientesdePoissonymdulosdeelasticidad.

TR LT

T LE E

RT TRR TE E

RL LR

R LE E

EnloscasosenquelosmdulosdeelasticidadyloscoeficientesdePoissonnoestnsuficientementedeterminadosmediante los correspondientes ensayos, es posible utilizar las relaciones de la Tabla 23 y la Tabla 24 en lasdireccionesRyT.Deestamanera,elnmerodeconstantesindependientesquedareducidoacinco.

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Tabla23.Aproximacindelasconstanteselsticasparamaderaaserrada,segnnorma[(DBSEM,2009)TablaD.2].

E0,g,medio=EL E90,g,medio = ER =ET Gg,medio= GLR =GLT

Por lo tanto, un punto de vista prctico lleva a considerar que el comportamiento es elmismo en todas lasdirecciones del plano perpendicular a las fibras (slido isotrpico transversal). Se deben cumplir entonces 7relacionesentrelas12constanteselsticas,segnlaTabla24.

Tabla24.Relacinentreconstanteselsticas.

ER=ET GLR=GLTLR=LT RL=TL RT=TR

TL LT

T TE E

TRTRT

EG

2 (1 )

Losvaloresdelasconstanteselsticassoncaractersticosdelaespeciedeprocedenciadelamaderayseobtienenmedianteensayosrealizadosparacaracterizarelmaterialencadaunadesusdireccionesprincipales.Noobstante,algunas referencias (Argellesetal.,2003)y (WoodHandbook,USDA.ForestService,1999) incluyen relacionesaproximadasentrelasconstantes,quepermitenobtenerlastodasapartirdeEL(Tabla25)yvaloresparacoeficientesdePoisson(Tabla26).

Tabla25.Relacionesaproximadasentrelosmduloselsticosdemaderadeconferas(Argellesetal.,2003).Tipodemadera EL/ER ER/ET EL/ET EL/GTL EL/GLR GLR/GRT GTL/GRT

Conferas 13 1,6 21 17,25 14,7 10,3 8,9Frondosas 8 1,7 13,5 3,4 2,6

Tabla26.ValoresaproximadosdeloscoeficientesdePoisson()enmaderadeconferas(Argellesetal.,2003).Tipodemadera RT LT LR TR RL TL

Conferas 0,51 0,43 0,39 0,31 0,03 0,02Frondosas 0,67 0,46 0,39 0,38 0,048 0,033

Sepuedenencontrardistintoscriteriosparadefinirejes,tensionesydeformacionessegnseindicaenlaTabla27.Alolargodeltrabajosemantendrdeformageneralelcriteriocondireccioneslongitudinal(L),radial(R)ytangencial(T)alasfibrasporquefacilitalainterpretacinsobrecomoestcolocadalamadera.Sinembargo,existencriterioscomolanotacinvectorialdeVoigt,dondetensionesydeformacionesdedefinenconiyirespectivamente,dondeitomavaloresdesde1hasta6,quefacilitanenormententeeltratamientonumrico.

Tabla27.Correlacinentrecriteriosparaejes,tensionesydeformaciones.

Ejes Tensiones DeformacionesL=x=1R=y=2T=z=3

L =x=11=1R=y=22=2T=z=33=3

LR =xy =12 =4LT=xz=13=5RT=yz=23=6

L =x =11 =1R=y=22=2T=z=33=3

LR =xy=12=4LT=xz=13=5RT=yz=23=6

Gran parte de los criterios de fallo paramateriales anisotrpicos sonmodificaciones basadas en los criteriosdefinidos paramateriales istropos (Cabrero et al., 2009). A continuacin se recopilan las principales teorasaplicablesalamadera.Paraellosecontemplanlassolicitacionesenpiezasdeseccinconstantedemaderamaciza,laminadayproductosestructuralesderivadosdelamadera,conladireccindelasfibrassensiblementeparalelaasuejeaxial.Sesuponequelastensionesseorientansolamentesegnlosejesprincipales(Figura215).

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Figura215.Ejesydireccindelafibraenlapieza.

2.2.3.6.1 Criteriosdefallolineales

Unodeloscriteriosderoturamssimplessedescribeconinteraccinlineal(Aicheretal.,2001)yseexpresasegnlaEcuacin25paraelcasodetensinbiaxialplana.

t ,0 ,d t,90,d t ,d

t ,0 ,d t,90,d v ,d

1f f f

Ecuacin25Siendo:

t,0,d tensindeclculoatraccinparalelaalafibra. ft,0,d resistenciadeclculoatraccinparalelaalafibra. t,90,d tensindeclculoatraccinperpendicularalafibra. ft,90,d resistenciadeclculoatraccinperpendicularalafibra. t,0,d tensindeclculoacortante. fv,d resistenciadeclculoacortante(corteparaleloorodadura).Laresistenciaacortanteporrodadura

podrconsiderarseigualaldobledelaresistenciaatraccinperpendicularalafibra(DBSEM,2009),segnlaFigura216.

A) B)Figura216.Tensionesdecortadura.A)Corteparalelo.B)Rodadura.

2.2.3.6.2 Criteriosdefallocuadrticos

En general, los criterios de rotura son polinomios cuadrticos. Uno de losms sencillos corresponde a unaenvolventeelipsoidal(Aicheretal.,2001),segnlaEcuacin26.Representauncasoparticulardeunacuadrticamsgeneral,yesaplicablealcasoenelque lasresistenciasatraccinycompresintenganelmismovalor.Nointroduceningunainteraccinentrelastensionesnormalest,0,dyt,90,d.

2 2 2

t,0,d t,90,d t,d

t,0,d t,90,d v ,d

1f f f

Ecuacin26

Pgina22

TsaiHill

GeneralizandoenelcriteriodelaenergadedistorsindeHenckyVonMises(1928),queasumauncomportamientoistropo,TsaiHill (1950)desarrollaron la teoramaterializadaen laEcuacin27,queconsideraqueelmaterialorttropotieneigualresistenciaatraccinyacompresin.Estateoraincluyelainteraccinentretensiones,yportanto losmodoscombinadosde rotura.Posteriormente,AzziyTsai (1965)adaptaron la teoradeTsaiHillparamaterialescompuestos.Estosmodeloshansidoutilizadosensimulacionesnumricas(Zhou&Guan,2011).

2 2 2

t,0,d t,0,d t,90,d t,90,d t,d2

t,0,d t,90,d v,dt,0,d

1f f ff

Ecuacin27

AutorescomoAzziyTsai(1965)suponenlasresistenciasft,90,dyfv,digualesenejesperpendicularesaladireccinlongitudinal,porquesetratacomounamodelizacindematerialescompuestos.Estasimplificacinesadecuadaenelcasodelamadera,alidentificarseconlasdireccionesradialytangencial.Tambinconsideraquelasresistenciasatraccinycompresinparacadaejetienenelmismovalor(|ft,0,d|=|fc,0,d|y|fc,90,d|=|ft,90,d|).Estaigualdadnosecumpleen lamadera,quees corregidaenprocedimientos comoelapuntadoporRowlands (1985)al tomar laresistenciacorrespondientedetraccinocompresin.Conello,elcriteriosedivideencuatroecuacionesdiferentesparacadaunodeloscuadrantesdelespaciodetensiones.Seincluyelaposibilidaddeinteraccinentrelosmodosderotura,alcontrariodelmodelolinealocuadrtico.Enestainteraccin,lacuantaestfijadaaprioriporlateora,ysedefinesegnlasresistenciasuniaxiales.

Norris

La teoradeNorris (1950) consideraque la roturaenmadera sometidaa tensinplanaocurre si se cumple laEcuacin28olaEcuacin29.

2 2 2

t,0,d t,0,d t,90,d t,90,d t,d

t,0,d t,0,d t,90,d t,90,d v,d

1f f f f f

Ecuacin28

2

t,0,d

t,0,d

1f

2

t,90,d

t,90,d

1f

Ecuacin29

LaEcuacin28essimilaralaEcuacin27enlamayoradeloscriterioscuadrticosortotrpicos.AunqueelmodelodeNorrissehaempleadoocasionalmenteparalamadera,VanderPut(2005)indicaqueporlogeneralnoesvlido.

TsaiWu

TsaiyWuTsai(1971)desarrollaronuncriterioderoturasegnlaEcuacin210

i i ij i jf( ) F F para i, j x , y , z

Ecuacin210

enlaqueFiyFijrespondenatensoresderesistenciadesegundoycuartoorden.LostrminoscuadrticosdescribenunelipsoideysonsimilaresalosdelmodelodeTsaiHill(1965),expuestosenlaEcuacin27.Enlascondicionesdetensinplana,elcriterioseexpresasegnlaEcuacin211.

Pgina23

2

t,d2 2t,0,d t,90,d t,0,d t,90,d xy

t,0,d c,0,d t,90,d c,90,d t,0,d c,0,d t,90,d c,90,d t,0,d c,0,d t,90,d c,90,d v,d

1 1 1 1 1 1 1 12 a 1

f f f f f f f f f f f f f

Ecuacin211

LaEcuacin211permitecontemplardiferentesvaloresparalasresistenciasatraccin(ft,0,d,ft,90,d)yacompresin(fc,0,d,fc,90,d).Aunquesepresentaunproblemaconelfactordeinteraccin(axy),yaquelasresistenciasuniaxialesnoconsienten su determinacin y es necesario el uso de ensayos experimentales. Por otro lado,debe cumplir lacondicindeestabilidad(1axy1),paraquelaenvolventedelcriterioseacerrada.

Enlosmodelosanteriores(linealesocuadrticos),elfactordeinteraccin(axy)obiennoestabapresente,osuvalorsedefinaapartirde losvaloresresistentesuniaxialessegnNorris (1950)yTsaiHill (1965),mientrasqueenelmodelodeTsaiWu,reflejadoenlaEcuacin211,elfactorhadeserdeterminado,locualnoresultasencillo.Tsaiproponetomarunaaproximacin(axy=0.5),deformasemejantealcriteriodeVonMisesgeneralizado.ApartirdelasecuacionesdeajustedesegundogradoaplicadasalosresultadosexperimentalesdeEberhardsteiner(2002),sepuedeevaluarconelvaloraxy=0,04,segnindicanautorescomo(Cabreroetal.,2009).

VonMises

Apartirde laecuacindeVonMises (1928),Tsai (1988)yKim (1995)sugirieronunamodificacinutilizandoelmodeloexpresadoenlaEcuacin212.Otrosautores,comoNorris(1950),plantearonexpresionessimilares,conladiferenciadelfactoreneltrminodecortante,queestmultiplicadopor3.

2 2 2

t,0,d t,0,d t,90,d t,90,d t,d

t,0,d t,0,d t,90,d t,90,d v ,d

3 1f f f f f

Ecuacin212

VanderPut

Basndoseenlateoradetensores,VanderPut(2005)propusounpolinomiogeneral,segnlaEcuacin213.

2

t,d2 2t,0,d t,90,d t,0,d t,90,d

t,0,d c,0,d t,90,d c,90,d t,0,d c,0,d t,90,d c,90,d v ,d

1 1 1 1 1 11

f f f f f f f f f

Ecuacin213

LaexpresindelaEcuacin213esparecidaalaEcuacin211delmodelodeTsaiWu(Tsai,1992).Ambosmodelosestnbasadosen la teorade tensores,con ladiferenciadequeestemodelodeVanderPut tomael factordeinteraccin(axy)comocero.

Lanormativavigente(DBSEM,2009),ensuApartado6.2Solicitacionescombinadasenseccinconstante,consideraqueparatensininclinadaderoturaseaplicaelmodelolineal.LafrmuladelaresistenciaatensionesinclinadasseexpresaenlaEcuacin214yresultasimilaralcriteriodeHankinson(1921).

c,90,dc, ,d

t,0,d 2 2

t,90,d

ff

sen ( ) cos ( )f

Ecuacin214

Endefinitiva,senospresentanmodelosderoturamuydiversos.Lamayoradeellossebasanenunaformulacincuadrtica,ysudiferenciaprincipalserelacionaconelfactordeinteraccin.Elmodelolineal,engeneralresultaunbuenmodelo (Cabreroetal.,2009).LafrmuladeHankinson(1921),correspondienteaunmodelo linealconel

Pgina24

trminodecortanteomitido,talycomoseadoptaenlaEcuacin214,resultaelmejormodeloparacompresininclinada. Tradicionalmente, estemodelo ha sido aplicado para este tipo de carga. Losmodelos cuadrticosproporcionanresultadoscomparablesalincluireltrminodetensincortanteensuformulacin.

Segnlostrabajosdecomparacin(Cabreroetal.,2009),losmodeloscuadrticosenlosqueelfactordeinteraccines cero (modelopropuestoporVanderPut,2005),omuy cercano a cero,permiten realizarprediccionesmsacertadasparamaderalibrededefectos,porloqueresultarazonablesugerirlaomisindelfactordeinteraccinenestecaso.Peroenelcasodetraccininclinada,ningunodelosmodelosresultaadecuadocuandoseomitelatensincortante.Loserrorescometidossonsuperioresal38%.Altenerencuentaelcortante,elsistemalinealobtieneelmejorresultado,conunerrorligeramentesuperioral10%.Elrestodelosmodeloscometenerroressuperioresal35%(conexcepcindelmodelodeVonMises,cuyoerroresdel16%).Aspues,nosonadecuadosparaestetipode tensin. Se obtiene distinto rango de exactitud para los casos de compresin y traccin. Por tanto, debeconsiderarsesiesadecuadoemplearelmismocriterioenamboscasos.Podraserapropiadoomitireltrminodetensincortantecombinadoconlatensindecompresin,peronoconlatensindetraccin.Enconsecuencia,losmodeloscuadrticosresultanadecuadosparacompresinperonolosontantoentraccin.

2.3 ClasesresistentesyvalorescaractersticosdelamaderaestructuralDesdeunpuntodevistadelcomportamientomecnico,lasnormaseuropeas(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010)incluyenlaspropiedadesparadistintostiposdemaderasdeusoestructural,tantodeconferasychopocomodefrondosas,condiferentesmagnitudesrelacionadasconlaresistenciayrigidez.Debidoalavariabilidaddelostiposy calidadesde lasmaderasutilizables,a ladiversidadde susaplicacionesya la capacidaddeproduccinde laindustriamadereraencadaregin,seoriginanmltiplescombinacionesdeespeciesycalidades,conpropiedadesmecnicasdiferentes, loquecomplicaelclculoy laespecificacinde lasestructurasdemadera,como indica lanorma(UNEEN338,2010).Parafacilitarelclculo,alasdiferentesespeciesselesasignaunaclaseresistentesegnlasnormasdelosdistintospases(Tabla29).LaTabla28indicaelnombrebotnicodelaespecieasociadoasupasdeprocedencia.

Tabla28.Correlacinentredistintasespecies[segn(DBSEM,2009)TablaC.3].Especiearbrea Nombrebotnico Procedencia

Abeto Abiesalba.Mill.

AustriaEuropa:C,N,EyNEFranciaHolandaReinoUnido

Chopo Populussp. Espaa

Falsoabeto PiceaabiesKarst. FranciaEuropa:C,N,EyNEIroko Miliciaexcelsayreqia fricaJarrah Eucalyptusmarqinatasm. AustraliaPinoinsiqnis PinusradiataD.Don. EspaaPinolaricio PinusniqraAmold Espaa

PinoOregn PseudotsugamenziesiiFr.CanadEEUUFrancia

Pinopinaster PinuspinasterAit. EspaaFrancia

Pinosilvestre PinussylvestrisL.

AustriaEspaaEuropa:C,N,EyNEHolandaReinoUnido

Teca TectonagrandisL. fricaAsiaSE

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Tabla29.Asignacindeclaseresistenteparadiferentesespeciesarbreasyprocedencias,segnnormasdeclasificacin[segn(DBSEM,2009)TablaC.1].

NormaEspecie

(Procedencia)Claseresistente

C14 C16 C18 C22 C24 C27 C30 C35 D35 D40

UNE56.544

Pinosilvestre(Espaa)

ME2 MEG ME1

Pinopinaster(Espaa)

ME2 ME1

Pinoinsignis(Espaa)

ME2 ME1

Pinolaricio(Espaa)

ME2 MEG ME1

NFB52.0014

Abeto(Francia) STIII STII STI

Falsoabeto(Francia)

STIII STII STI

PinoOregn(Francia)

STIII STII

Pinopinaster(Francia)

STIII STII

DIN4074

Abeto(Europa:Central,NyE)

S7 S10 S13

Falsoabeto(Europa:Central,NyE)

S7 S10 S13

Pinosilvestre(Europa:Central,NyE)

S7 S10 S13

INSTA142

Abeto(Europa:NyNE)

T0 T1 T2 T3

Falsoabeto(Europa:NyNE)

T0 T1 T2 T3

Pinosilvestre(Europa:NyNE)

T0 T1 T2 T3

BS4978

Abeto(ReinoUnido)

GS SS

Pinosilvestre(ReinoUnido).

GS SS

BS5756

Iroko(frica) HS

Jarrah(Australia)

HS

Teca(fricayAsiaSE)

HS

LadesignacindelsistemadeclasesresistentesutilizalasletrasCparaespeciesdeconferasychopo,yDparafrondosas,seguidaencadacasodelvalorcaractersticode lacorrespondiente resistenciaa flexin (enN/mm2),muestralosvalorescaractersticos,segnlaTabla210ylaTabla211.Reagrupacalidadesyespeciesquetengannivelesderesistenciasimilares,hacindolasintercambiablesoequivalentes.Estopresentaunaseriedeventajas:

Permite incorporar nuevos tipos demadera al sistema con especies y calidades complementarias encualquiermomento,sinqueelloafectealasespecificacionesdelasexistentes.

Essuficiente,decaraalclculo,tomar losvalorescaractersticosresistentesdeunaclaseenconcretoyluegoespecificardichaclaserecurriendoalaespecieenparticularqueestdisponible.

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Permite al conjunto de suministradores y almacenistas ofrecer productos que satisfagan mejor lasespecificacionesdeloqueseraposiblesiseremiteaespeciesocalidadesdemodoconcreto.

Tabla210.Maderaaserrada.Especiesdeconferasychopo.Valoresdelaspropiedadesasociadasacada claseresistente,[segn(DBSEM,2009)TablaE.1].Nota:Semejantea(UNEEN338,2010)(conligerasmodificacionesfrentealaprimera

citaylapresentetabla).

PropiedadesClaseresistente

C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50

Resistenciacaracterstica,enN/mm2

Flexin fm,k 14 16 18 20 22 24 27 30 35 40 45 50

Traccinparalela ft,0,k 8 10 11 12 13 14 16 18 21 24 27 30

Traccinperpendicular

ft,90,k 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Compresinparalela

fc,0,k 16 17 18 19 20 22 22 23 25 26 27 29

Compresinperpendicular

fc,90,k 2 2,2 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,1 3,2

Cortante fv,k 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4 4 4 4 4 4

Rigidez,enkN/mm

Mdulodeelasticidadparalelomedio

E0,medio 7 8 9 9,5 10 11 11.5 12 13 14 15 16

Mdulodeelasticidadparalelo5percentil

E0,k 4,7 5,4 6 6,4 6,7 7,4 7,7 8 8,7 9,4 10 10,7

Mdulodeelasticidadperpendicularmedio

E90,medio 0,23 0,27 0,3 0,32 0,33 0,37 0,38 0,4 0,43 0,47 0,5 0,53

Mdulotransversalmedio

Gmedio 0,44 0,5 0,56 0,59 0,63 0,69 0,72 0,75 0,81 0,88 0,94 1

Densidad,enkg/m3

Densidadcaracterstica

k 290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460

Densidadmedia medio 350 370 380 390 410 420 450 460 480 500 520 550

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Tabla211.Especiesfrondosas.Valoresdelaspropiedadesasociadasacadaclaseresistente[segn(DBSEM,2009)TablaE.2].Nota:Semejantea(UNEEN338,2010)(conligerasmodificacionesfrentealaprimeracitaylapresentetabla).

PropiedadesClaseresistente

D18 D24 D30 D35 D40 D50 D60 D70

Resistenciacaracterstica),enN/mm

Flexin fm,k 18 24 30 35 40 50 60 70

Traccinparalela ft,0,k 11 14 18 21 24 30 36 42

Traccinperpendicular ft,90,k 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

Compresinparalela fc,0,k 18 21 23 25 26 29 32 34

Compresinperpendicular fc,90,k 7,5 7,8 8 8,1 8,3 9,3 10,5 13,5

Cortante fv,k 3,4 4 4 4 4 4 4,5 5

Rigidez,enkN/mm

Mdulodeelasticidadparalelomedio

E0,medio 10 11 12 12 13 14 17 20

Mdulodeelasticidadparalelo5percentil

E0,k 8,4 9,2 10,1 10,1 10,9 11,8 14,3 16,8

Mdulodeelasticidadperpendicularmedio

E90,medio 0,67 0,73 0,8 0,8 0,86 0,93 1,13 1,33

Mdulotransversalmedio Gmedio 0,63 0,69 0,75 75 0,81 0,88 1,06 1,25

Densidad,enkg/m3

Densidadcaracterstica k 500 520 530 540 550 620 700 900

Densidadmedia medio 610 630 640 650 660 750 840 1080EstatablaamplalasclasesD18yD24frentealanorma(UNEEN338,2010),quenolascontempla.

Las clases resistentesparamadera laminada encolada establecen tambinun sistemade clases resistentes enlaminadohorizontal,constituidocomomnimoporcuatrolminas.Sedefinenvariasclasesresistentesysedansusresistenciascaractersticas,valoresde rigidezydensidadessegn lanotacinGL (GluedLaminated),a laqueseaadeunnmerocaractersticodelaresistenciaaflexin(enN/mm2)yotraletraenminsculahsiellaminadoeshomogneoycsiescombinadoconlminasexternasdeunaclaseresistentesuperior.Estanormaselimitaporelmomentoalamaderalaminadaencoladadeconferas(Tabla212yTabla213).

Pgina28

Tabla212.Maderalaminadaencoladahomognea.Valoresdelaspropiedadesasociadasacadaclaseresistente[segn(DBSEM,2009)TablaE.3]y(UNEEN1194,1999).

PropiedadesClaseresistente

GL24h GL28h GL32h GL36hResistenciacaracterstica,enN/mmFlexin fm,g,,k 24 28 32 36Traccinparalela ft,0,g,k 16,5 19,5 22,5 26Traccinperpendicular ft,90,g,k 0,4 0,45 0,5 0,6Compresinparalela fc,0,g,k 24 26,5 29 31Compresinperpendicular fc,90,g,k 2,7 3 3,3 3,6Cortante fv,g,k 2,7 3,2 3,8 4,3Rigidez,enkN/mmMdulodeelasticidadparalelomedio E0,g,medio 11,6 12,6 13,7 14,7Mdulodeelasticidadparalelo5percentil E0,g,k 9,4 10,2 11,1 11,9Mdulodeelasticidadperpendicularmedio E90,g,medio 0,39 0,42 0,46 0,49Mdulotransversalmedio Gg,medio 0,72 0,78 0,85 0,91Densidad,enkg/m3Densidadcaracterstica g,k 380 410 430 450

Tabla213.Maderalaminadaencoladacombinada.Valoresdelaspropiedadesasociadasacadaclaseresistente[segn(DBSEM,2009)TablaE.4]y(UNEEN1194,1999).

PropiedadesClaseresistente

GL24c GL28c GL32c GL36cResistenciacaracterstica,enN/mmFlexin fm,g,k 24 28 32 36Traccinparalela ft,0,g,k 14 16,5 19,5 22,5Traccinperpendicular ft,90,g,k 0,35 0,4 0,45 0,5Compresinparalela fc,0,g,k 21 24 26,5 29Compresinperpendicular fc,90,g,k 2,4 2,7 3 3,3Cortante fv,g,k 2,2 2,7 3,2 3,8Rigidez,enkN/mmMdulodeelasticidadparalelomedio

E0,g,medio 11,6 12,6 13,7 14,7

Mdulodeelasticidadparalelo5percentil

E0,g,k 9,4 10,2 11,1 11,9

Mdulodeelasticidadperpendicularmedio

E90,g,medio 0,32 0,39 0,42 0,46

Mdulotransversalmedio Gg,medio 0,59 0,72 0,78 0,85Densidad,enkg/m3Densidadcaracterstica g,k 350 380 410 430

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Lasresistenciasindicadassonparapiezasdealtura(h)de600mmoms,yunespesor(b)de150mmomayor.Sifueranmenores,debencorregirseconel factordetamao losresultadosde losensayos introducen factoresdecorreccinsegnlaEcuacin215extradadelanorma(UNEEN1194,1999).

0,05 0 ,1

tamaob hk

150 600

Ecuacin215

Unavezdefinidas las caractersticasbsicas, sepuedendefinir lasdistintas tensionesadmisiblesapartirde lascaractersticasdelaunin.LaresistenciaalaplastamientoquedadefinidaporlaEcuacin216.

max

h,k

Ff

t d

Ecuacin216Siendo:

d dimetrodelelementomecnicodeunin. t espesordelaprobeta. fh,k resistenciacaractersticaalaplastamientoenunionesconelementosmecnicosdefijacin.

2.4 Variablesqueafectanalaspropiedadesmecnicas

2.4.1 CalidaddelamaderaLacalidadeselprincipalfactorquesehadetenerencuenta.stasemideenfuncindelnmeroytipodedefectosquepresentaelmaterial,yapartirdelcualselaclasificateniendoencuentalasnormasdesarrolladasalefecto.Unexponentededichasnormases laClasificacinvisualde lamaderaaserradaparausoestructural(UNE56544,2011).Enestanormaseestablecendoscalidadesparapiezascongrosormenoroiguala70mm,denominadasME1yME2(lassiglasMEsignificanMaderaEstructural),yparalaslaspiezasconespesormayorque70mm,lanormaestablece una nica calidad denominada MEG (la sigla G significa Gruesa escuadra). Teniendo presente laclasificacinvisual,losprincipalestiposdedefectosqueaparecenenlamaderasonlosqueseindicanenelapartadosiguiente.

2.4.2 SingularidadesligadasalaanatomadelamaderaNudos.Deellossedistinguendostipos:

Nudosvivos.Dondelacontinuidaddecrecimientoentreeltroncoylaramavivaoriginaunnudofirmeonudovivo.Estenudonosesueltaduranteelsecadoyuso.Nopresentarasgosdedeterioronidepudricin.

Nudosmuertos.Cuandomuereunarama,seproduceunadiscontinuidadentreestetejidoyelquesiguecreciendoalrededor.Losnudosmuertossedesprendenconfacilidadcuandolamaderaesaserrada.

Losquetengandimetroinferioroiguala10mmpuedendespreciarse,exceptolospasantes;tambinsedesprecianlosnudossuperficialesdelacarainternamscercanaalamdula.

Figura217.Nudovivoynudomuerto.

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Fendas.Consideralaseparacindelasfibras(rajaohendidura)endireccinlongitudinal.Sisondesecado,sloseconsideransisulongitudesmayorqueuncuartodelalongituddelapiezayun1m.

Figura218.Fendas.

Desviacindelafibra.Tratalamediarespectodelejelongitudinaldelapieza.Estadesviacinsemidesobre1mdelongitudenlazonamsdesfavorable,ignorandoladebidaaproximidadesdenudos.

Figura219.Desviacindelafibra.

Bolsas de resina. Son huecos llenos que se suelen localizar en el cmbium, sobre todo en algunas conferas,abarcandolalneadeunanillo.Semidensegnsulongitud(enmm)enladireccinparalelaalejedelapieza,yseadmitensisulongitudesmenoroigualque1,5veceslaalturadelaviga(h).

Figura220.Bolsaderesina.

Acebolladuras.Sedefinencomolaseparacin,totaloparcial,entredosanillosdecrecimientocontiguos.Fcilmentereconociblesenlaseccintransversal,engeneralnosepermiten.

Figura221.Acebolladuras.

Maderadereaccinyjuvenil.Suponeanillosdecrecimientoanormalmenteanchos.Esunproblemaqueafectaaalgunasespeciesdeconferasen losprimerosanillosdecrecimiento.Secaracterizaporpresentarunaestructuraanatmica diferente a la de lamadera "adulta". Tiene como consecuencia valores elevados de la contraccinlongitudinal,loquederivaencurvaturasdecaraydecanto.Selimitalaposibilidaddeestosdefectosindirectamente,alanalizarlapresenciademdulaylaanchuramximadeanillosdecrecimiento.

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Anchomximodeanillosdecrecimiento.Enfuncindelacalidadyeltipodemaderasepermitenunasdimensionesdeanchouotras.Porejemplo,paramaderaME1(anchomenor70mm)depinosilvestre,laanchuradeanillodebesermenoroiguala4mm.

Figura222.Anchodeanillosdecrecimiento.

2.4.2.1 Singularidadesligadasalaserradodelaspiezas

Existensingularidadesligadasalaserradodelaspiezasdemaderaquepuedenafectaralacalidadresultanteydebenevitarduranteesteproceso.

Gemas.Eslasuperficieredondeadaoriginaldeuntronco,conosincorteza,quesemanifiestasobrelasaristasdelapiezademaderaaserrada(Figura223).

Figura223.Defectosdelamadera.Gemas.

Mdula.Setratadelazonasituadaenelinteriordelprimeranillodecrecimiento,constituidafundamentalmenteportejidoblando,motivoporelcualestazonacentralpuedemodificar laspropiedadesresistentesde laspiezasobtenidasydebeserevitada.

2.4.2.2 Deformacionesdelaspiezas

Lasdeformacionesenlaspiezasdemaderaafectanasucalidadyalacomposicinenconjuntoporloquedebenidentificarseyestablecerlosvaloreslmiteapartirdeloscualeslapiezadebeserrechazada.

Curvaturadecaraycanto.SemedirnlascotasxeymostradasenlaFigura224,conunadeformacinmximaenuntramode2mdelongitudy,silalongituddelapiezaesinferiora2m,entrelosextremosdelamisma.

Figura224.Curvaturasdecaraycanto.

Abarquillado.Esladeformacinmximasobrelaanchuradelaseccin,comoseindicaenlaFigura225.Elresultadoseexpresarenmilmetrosporcada25mmdeanchuraocomofraccindelaanchuratotaldelacara.

Figura225.Abarquillado.

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Alabeo.Seevalacomoladeformacinmximadelasuperficieconsideradasobreunalongitudrepresentativade2m(Figura226).

Figura226.Alabeo.

Laeliminacinde la influenciade losdefectosesuncampodeavancepara laaparicindenuevosproductosenaplicacionesestructuralesabasedemadera,comosonlamaderalaminadaylamicrolaminada.Enestosproductos,elefectoquepudierantenerlosdefectosquedareducidoalespesordelalminaenqueaparezcanstos,demaneraquedisminuyensusconsecuencias.

2.4.3 AlteracionesdetipobiolgicoLasalteracionesdetipobiolgicosepuedenclasificarentresgrandesgrupos.

Porhongosybacterias,predominantementerelacionadosconpudriciones(Figura227):

Pardaocbica:Causadaporhongosdeltipobasidiomicetosqueagredensobretodoalacelulosay,enetapasavanzadasfragilizanlamadera,dndoleunaspectoparecidoalquemado.Anivelestructuraleslamsdelicada,dadoqueelhongosedesplazalejosdelazonavisible.

Blanca:Producidaporhongosascomicetosy"hongosimperfectos"queatacanpredominantementealaligninaydanunatexturasuavealamadera,loqueprovocaeldesprendimientodefibrasindividuales.Esun tipodeprutrefaccinque tambinest relacionada con labacteria Erwinia carotovora,queparasitaespeciesvegetalesdefamiliasmuydistintas.

Azul:Provocadaporhongoscromgenos,afectaalamaderamadurayrecincortada,lacualquedadebilitadayaquesealimentadelaalbura.Puedeserintroducidaporinsectosquefabricangaleras.

Roja: Originada en hongos bacidiomicetos, que se caracteriza por el tono rojo que adquieren,especialmente las conferas. El corazn en los rboles tpicamente viejos se deseca, los anillos sedesintegranysedescomponeelcorazndelrbol,quedandohueco.

Negra:Sueledarseenlamaderaprocedentedelasespeciesresinosasyescausadaporciertasbacteriasquepudrenlamaderaenformadesurco,enlasbifurcacionesdelostroncos.

Parda

Blanca Azul

Roja Negra

Figura227. Aspectosdedistintostiposdeputrefaccin.

Lasesporasdeloshongosrequierenquelasuperficiedelamaderatengaaltoscontenidosenhumedad,conelfindequegerminen (Leicester,2001).Adems, loshongosnecesitanque lahumedadde lamaderaseasuperioralpuntodesaturacindelafibraparaestablecerunaesferamicelialviable.Porelloesdevitalimportanciapreservarlamaderade laexposicina lahumedadyelagua,evitandoas lapudricinpardaoblancade lamadera.Sehaobservadoque,segn laespecie, lascondicionesdecrecimientode loshongossuponenque,paratemperaturasinferioresa53Celhongopermaneceenestadolatente,mientrasqueatemperaturasporencimadelos53Celhongomuereenpocashoras.

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Lastasasdecrecimientodeloshongossonextremadamentelentascuandoelcontenidodehumedaddelamaderaestpordebajodelpuntodesaturacindelasfibras,siendoellmitemsbajodecontenidodehumedadalqueseha observado el crecimiento de hongos un 19 %, y el lmite superior supone un contenido de humedadcorrespondientealacondicindequeel80%delascavidadescelularesdelamaderaestnllenasdeagua.Otrosparmetros que pueden afectar a la velocidad de desintegracin son: las condiciones de pH, la presencia denitrgenoylaausenciadeoxgeno.

Porplantasparsitas,comoporejemploelmurdago(Figura228),quecrecesobrelasramasdediversosrboles,principalmenteespeciesdehojacaducayalgunasvariedadesdepinos.

Figura228. Murdagoparasitario.

Porinsectosxilfagos.Entrelosmsrelevantes:termitas(ispteros),escarabajosycarcomas(colepteros),avispas,abejasyhormigas(himenpteros)tiendenaprovocartnelesyamenudopolvooserrn(Figura229).

Figura229.Daosenla maderaporefectodexilfagos.

2.4.4 AlteracionesdetipofsicoyqumicoLuz ultravioleta.Derivada de la exposicin al sol, que degrada la lignina cerca de la superficie de lamadera.Tpicamentehaceoscurecer lasmaderas. Estosdaospenetran solamenteunpocodebajode la superficie. Lamaderaesalgomenosresistente,perolabajaprofundidaddeldaohacequeinfluyapocosobrelaresistencia,amenosqueseretireeltrozodemaderadondeesteldao,reduciendoeventualmentelasdimensionesdelapieza.

Corrosin por los subproductosmetlicos. Frecuentemente integrados en lamadera como consecuencia decomplementosestructurales,losmetalespuedendarlugaradegradacionesenalgunassituaciones,particularmenteen ambientesmarinos, donde las celdas galvnicas de losmetales y el agua salada que se forma aceleran lacorrosin.Ladegradacincomienzacuandolahumedadenlamaderareaccionaconelhierroenunmecanismodeunin,deteriorandolaparedcelulardelamadera.Dichomecanismoseconvierteenunapilaelectrolcicaconunextremo cido (nodo) yotro alcalino (ctodo). La acidezdel nodo causa lahidrlisisde la celulosa y reduceseriamentelaresistenciadelamaderaenlazonaafectada.Lamaderaatacadaesamenudooscuraysepresentasuavealtacto.Porotrolado,eldeteriodoporcorrosinsueleestarligadoconlahumedadylaaparicindehongosque,aunquenoprosperanenlazonacercana(porlatoxicidaddelosionesdelmetal),puedecontinuaraunaciertadistanciadelmecanismodeunin.Esteefectoaconsejaelusodeclavijasgalvanizadas,protejidasdelacorrosin,odematerialesnometlicos.

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Degradacinqumica.Encasosaislados,lapresenciadecidosobasesfuertespuedencausardaosustancialalamadera.Lasbasesfuertesatacan lahemicelulosay la lignina,dejandolamaderadeuncolorblancodescolorido.Suponenprdidasdepesoyresistencia.

2.4.5 ContenidodehumedadEnlamaderacomercialapenastieneefecto,peroenlalibrededefectos,losensayosdemuestranunadependenciaentreestavariabley laspropiedadesmecnicas.Engeneral,enestesegundocaso,ysiemprequeestemospordebajodelpuntodeequilibrioosaturacin,undecrementodeun1%enelcontenidodehumedadsuponeunincrementodelordendel5%en lamayoradesuspropiedadesmecnicas.Aunquesemarcancorrecionesmsconcretas en la determinacin de valores caractersticos de las propiedadesmecnicas; por ejemplo, para laresistenciaacompresinparalelaa la fibra, lacorrecinesdel3%porcadavariacindel1%delcontenidodehumedad(UNEEN384,2004).

2.4.6 DurabilidaddelamaderayduracindelacargaEngeneral,lamaderanopierdecapacidadresistivaconeltiempo,salvoporlaaccindelataquedeagentesbiticosoelaumentodefendasantesuexposicinalaintemperie.

Se ha demostradomediante ensayos que la resistencia de lamadera ante un esfuerzo de larga duracin esaproximadamenteun60%delqueseobtendraanteesemismoesfuerzoencortaduracin(5minutos).Enrealidad,estadiferenciaentreresistenciadelargaycortaduracinpuedesermayorenlamaderacomercial,yanmayorcuantomenorsealacalidaddelamadera(debidoalainfluenciadelosdefectos).Enlosaos50sereflejlarelacinentreresistenciaytiempodeduracindelacarga,segnlaCurvadeMadison(vaseFigura230).Paraelcasodemaderaestructuralyduracinmenora1ao, resultaba ser conservadora,mientrasqueparacargasdemayorduracin,estabaencontradelaseguridad(iguez,2007).

Figura230.Influenciadeladuracindelacarga.CurvadeMadison.

Alahoradeplantearloscoeficientesdeminoracindecargadelamadera,lasdiversasnormashantenidoencuentaestacircunstancia.Lareduccinesportantosignificativa,peroalavezloscoeficientesdeseguridadsobrecargasvariablestiposismoovientosernmenores,porquealmateriallequedasuficienteresistenciaanteesfuerzosdecargasnopermanentes.

2.4.7 FatigaLamaderapresentauncomportamientoantecargascclicasmuchomejorqueelacerooelhormign.Susfibrasestn entrelazadas y no forman cristalizaciones rgidas como ocurre con las aleacionesmetlicas o las resinassintticas.

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2.4.8 DistribucindecargaGracias a ladistribucin transversalde la carga,en ciertoselementosestructurales formadospor variaspiezasiguales, separadas aunamismadistancia yunidas transversalmenteporuna estructura secundaria, esposibleaumentarsucapacidadporunfactor,denominadofactordeinestabilidad(kc),yalqueleatribuyeunvalorde1,1(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010).Ejemplosdeestoselementossonlasviguetasdeforjado,lascorreasdecubiertasplanasunidasporunentrevigado,olascerchasunidasportablerosocorreas.

2.4.9 TamaodelapiezaCuantomayorseaelvolumenglobaldelapieza,menoressutensinderotura.Laraznsejustificaenlateoradeleslabndbil,porlacuallaresistenciadelapiezaestenfuncindelaresistenciadesufibramsdbil.Cuantomayorseaelnmerodefibras,esmsfactiblequeexistanalgunasdeellasdebajaresistencia,sisecomparaconlamediadelconjunto.Bajoestahiptesis,enlasdiferentesnormativasseaplicanunasecuacionesparadeterminarcmovaralaresistenciadeunavigaenfuncindesutamao.

2.4.10 TemperaturaElefectodeestavariablees tambindespreciable,siemprequesusvaloresseencuentrenenunasmagnitudesnormalesdentrodelasquesedanhabitualmenteenelambiente(entre0y50C).

2.4.11 ResistenciaalfuegoSedebetenerpresentelacapacidadparamantenerduranteunperiododetiempodeterminadolaresistenciafrentealfuego.Asquedareflejadoennormativa(DBSI,2010),queindicalascaractersticasdecomportamiento:

Lacapacidadportantedeunelementoestructural (R)puedeoscilardeR30enviviendashastaR120enedificiosdeusocomercialodocente.ElnmeroquesiguealaletraRindicaeltiempoenminutosduranteelcualsemantieneestableelelemento.

Laintegridad(E). Elaislamientotrmicoyfuncinseparadora(I).

Lasclasesdereaccinalfuegoparalosmaterialesdeconstruccin,conexcepcindelossuelos,son:A1,A2,B,C,D,EyF,demejorapeorcomportamientocontraelfuego.Estasclasesrepresentanunndicedelainflamabilidaddelmaterialysucontribucinalfuego.Enalgunoscasos,vanacompaadasdeotrosdosparmetrosconinformacinsobrelaproduccindehumo(demayoramenorvelocidaddepropagacinyproduccintotal:s1,s2ys3)olacadadepartculasogotas inflamadas:d0,d1yd2.Enparticular,para lamaderasedescribedeformadetalladaen loreferenteaprofundidad,tiempoyvelocidaddecarbonizacinenelanejoSIEResistenciaalfuegodelasestructurasdemadera (DB SI, 2010). El tratamiento de proteccin de lamadera reduce la combustibilidadde lamisma,permitiendo obtener reacciones al fuego de clase B y C, dependiendo del tipo de especie y de la forma detratamiento(enprofundidadosuperficial).

2.5 ElementosdeuninLos elementos de unin pueden constituir puntos dbiles que es necesario estudiar al detalle, dado que elagotamientodeunaestructurasepuedepresentarporlafaltaderesistenciadeunacualquieradeestasuniones.Lasunionesentrepiezasdemaderapuedenclasificarseatendiendoadiversoscriterios,comosepuedeverenlaFigura231,quesedescribenacontinuacin.

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Figura231.Esquemadedistintostiposdeuniones.

2.5.1 PorlaformadelencuentroSe denominan empalmes cuando las piezas se enlazan por sus testas, ensambles cuando las piezas se cortanformandoundeterminadongulo,yacoplamientoscuandolaspiezassesuperponenporsuscaras,segnsemuestraenlaFigura232.

Empalmetipoflauta.

Ensamblecortadoaingleteyflotado

Acoplamientosconclavijasyclaves

Figura232.Empalmes,ensamblesyacoplamientos.

2.5.2 Porelmediodeuninempleado

2.5.2.1 Unionestradicionales

Sonaquellasqueseunenmedianteuntrabajodecarpinteracomo,porejemplo,cajayespiga,rebajes,esperas,colasdemilano,etc.

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Doblecolademilano RayodejpiterFigura233. Algunasunionestradicionales.

2.5.2.2 Unionesmecnicas

Utilizanherrajesparalatransmisindeesfuerzos,talescomoclavos,pernos,tirafondosoconectores.Dentrodelasunionesmecnicas, se diferencian dos tipos demedios de unin en funcin delmodo de transmisin de losesfuerzos:

Clavija. Se corresponde con los clavos, grapas, tornillos,pernos ypasadores en losque el esfuerzo setransmitedeunapiezaaotramedianteflexinycortanteenlaclavija,juntocontensionesdeaplastamientoenlamadera.

Desuperficie.Estconstituidaporlosconectoresdeanillo,placadentada,placaclavo,etc.Setransmiteelesfuerzoatravsdeunamayorsuperficie.

2.5.2.3 Unionesencoladas

Sonaquellasqueutilizanadhesivosparalatransmisindelosesfuerzos;algunosejemplossonlasunionesentrelaslminasdelamaderalaminadaencoladaolosenlacesrgidosmediantebarrasencoladas.

Tradicional Mecnica

Encolada

Figura234.Unionestradicionales,mecnicasyencoladas.

Debidoalaortotropa,laresistenciaantelosdistintosesfuerzosvaraenfuncindeladireccinenquestosactensobre la pieza en relacin a la direccin longitudinal de la fibra. En aquellas configuraciones donde aparecenesfuerzoslocalizados,elcomportamientodelelementoestructuralpuedequedarseriamentecomprometido.Porello,resultadeespecialintersconocerelcomportamientomecnicoylasdiversasvariablesquedefineneldiseode launin, talescomo tensionesmximas,dimensionesde launin, formadecolocacinde laplacao tipodemadera.Enellopondrnelfocolossiguientesapartados.

2.6 UnionesmecnicasconelementostipoclavijaLoselementosdeuninmecnicosdetipoclavijatransmitenlosesfuerzosconpiezastransversalesqueatraviesanlamadera. Habitualmente se hace uso de herrajesmetlicos que exponen la zona de unin a tensiones deaplastamientolocalizadas.Lasclavijasestnsometidasprincipalmenteaesfuerzosdeflexinycortante.Hayquellamarlaatencinsobrealgunasconfiguracionesenlasqueelfallovienedadoporlaplastificacindedistintaszonasdecontacto,dondesedanrtulasplsticasconmomentosflectoresdelaclavijayaplastamientoenlamadera.

2.6.1 DescripcindeloselementosdeuninConeltrminoclavijaseabarcadeformagenricaaclavos,grapas,pernos,tirafondosypasadores.Elvstagodeestoselementossesometeaesfuerzosdeflexinycortante,generandotensionesdeaplastamientoyplastificacin

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en las piezas demadera que traba. A continuacin se describen algunos de los elementos tipo clavija y suscaractersticas:

Clavos:Esunmediodeuninmuycomn.Secomercializanenmuchostamaosyformas(Figura235),conunfustelisooconresaltos,enformadecuaohelicoidalyseccincircularocuadrada.Tienendimetrosquevarandelos2,75a los8mmyuna longitudde40a200mm.Estn fabricadosnormalmenteenaceroy,enocasiones,conacabadosdeproteccingalvanizada,queevitanfenmenosdeoxidacin.

Fusteliso

Peinedeclavosparapistolaneumtica

Fusteconresaltos

FustehelicoidalFigura235.Tiposdeclavos.

Tirafondos:Tambinllamadostornillosdemadera,tienenunfusteconunazonaroscadaenlapunta(cuerda)yuntramolisollamadocaa(Figura236).Condimetrosquevaranentre6y20mmylongitudesde25a300mm.

Figura236.Tirafondosydistintostiposdecabeza.

Lostornillosparamaderapuedentenerpuntaautoperforante,comoseveenlaFigura237.Sondiseosespecficos,que no necesitan pretaladros al disponer de una punta para un acoplamiento preciso, con retrocesoautoperforante,comorepresentalaFigura237A.Enocasiones,disponendeunafresaintermediaparareducirlafriccinen la transicinde lazona roscadaal fuste liso,segnmuestra laFigura237B.Lacabezasueleserdegeometraprofundaparamejorarelagarre,expuestaenlaFigura237C.Existenmodelosenlosquelacaalisasesustituyeporroscadedistintopaso,loquefacilitaelaprietedediferentespiezasdemaderaypotencialafriccinentreellas.

A).

B)

C)Figura237. Sistemasautoperforantes.

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Pernos:Sefabricangeneralmenteenacerodulce,habitualmentetienenunacabezahexagonalenunextremoysecomponenconarandelaytuercaenelotro.Condimetrosquevarande12a30mm,seadmiteundimetrodehasta1mmmayorqueelagujerodondesecoloqueelperno(Eurocdigo5.UNEEN1995,2010).Lasarandelasbajolacabezadelpernoybajolatuercadebentenerunlado(sisoncuadradas)oundimetromnimoiguala3dyunespesormnimode0,3d(deseldimetrodelperno).Laarandelahadetenerplenocontactoconlasuperficiedelapieza.Otrarestriccinquesedebeconsiderareslatensindecompresinbajolaarandela,quenodebersuperar3fc,90,k(Argellesetal.,2003).

Lospernosytirafondosdeberanajustarsedeformaquelaspiezasdemaderaqueunenencajenperfectamente,ysehandereajustar,sifueranecesario,cuandolamaderahayaalcanzadoelcontenidoenhumedaddeequilibrio,paraasegurarsequesemantienelacapacidaddecargayrigidezdelaestructura.

Figura238.Pernos.

Pasadores:Barrasdeacerodeseccincircularcondimetrosquecubrenelrangode16a25mmyconextremosdebordesbis