Pablo Guindos - Conceptos avanzados del diseño estructural con madera

1.5.1 Tipos de uniones

La gran mayoría de uniones empleadas en el CLT, se corresponden a uniones mecánicas que emplean conectores rígidos cilíndricos solicitados a esfuerzos laterales o/y axiales, es decir, principalmente se emplean los mismos tipos de conectores que en el resto de construcciones con madera. De hecho, a día de hoy la mayoría de conectores empleados en el CLT se pueden ver como una especie de ‘adaptación’ de los conectores empleados en el entramado ligero. Sin embargo, la relevancia de las uniones en el comportamiento global del CLT es si cabe mayor que en el entramado ligero, principalmente debido a que el material base (CLT) es mucho más rígido y menos redundante en lo relativo al número de componentes y zonas de unión, así es que la ductilidad y flexibilidad definitivamente están (aún más) condicionadas por las uniones. Diversos autores han criticado que a día de hoy las uniones deben ser perfeccionadas en el sistema de CLT, más allá de adaptar las soluciones existentes en ingeniería de la madera, ya que especialmente para el diseño en países sísmicos, el CLT presenta por lo general una baja ductilidad, y experimenta grandes aceleraciones en caso de sismo, lo que casi siempre incrementa notablemente los costos del diseño estructural. Estos aspectos se abordan más detalladamente en apartados sucesivos.

Principalmente existen 6 tipos de uniones en las construcciones con CLT unión cubierta muro (UCM), muro-fundación (UMF), muro-losa-muro (UMLM), unión losa-losa (ULL) y unión muro-muro (UMM), ver Figura 1.5.1, y más detalles en secciones posteriores. El lector puede obtener mayor información acerca de detalles constructivos en el libro “Fundamentos del diseño y la construcción con madera” y tipologías más específicas en la edición canadiense o estadounidense del CLT-Handbook (2013).

Más allá de las disposiciones constructivas de las uniones, esta sección se centra en el diseño estructural, y en especial en aquellas consideraciones diferenciadoras respecto del diseño general de uniones detallado en el Capítulo 1, lo que es presentado a continuación y se detallado numéricamente en las próximas secciones. Es importante que el lector note que, si bien recientemente se han dispuesto consideraciones al diseño de uniones del CLT en la norma NDS, en Europa el diseño de uniones (al igual que el resto de aspectos relativos al CLT) está sustancialmente más desarrollado, por lo que en esta sección se presentan los avances y propuestas europeas.

FIGURA 1.5.1 Típicas uniones empleadas en CLT, con muros monolíticos (arriba izquierda) y muros segmentados (arriba derecha), incluyendo detalle unión muro-fundación (a), unión muro-losa-muro (b), y diversos tipos de uniones muro-muro (c y d) (modificado de Follesa 2018).

En relación a la tipología de muros con UMM verticales, cabe mencionar que, en Europa, si es que la debilidad entre uniones verticales está asegurada, esta es considerada como una clase de alta ductilidad. De hecho, en cuanto a la construcción con CLT, la única diferencia entre la clase de ductilidad alta y la clase de ductilidad baja radica en la existencia o no de las UMM disipativas, ver Tabla 1.5.1.1. Por otro lado, y pese a la menor redundancia respecto del sistema marco plataforma, en Europa recomiendan aplicar la misma sobrerresistencia para el CLT que para el marco plataforma: γ =1,3, a diferencia de poste-viga y la mayoría de pórticos de momento, en donde se aconseja una sobrerresistencia en miembros sobredimensionados de γ =1,6, ver Tabla 1.5.1.2.

En los sucesivos apartados se presentarán algunos de los principales aspectos diferenciadores de las uniones del CLT, para posteriormente presentar el procedimiento de diseño.

1.5.2 Concepción de uniones lineales (líneas de unión)

Tal como se detalla en apartados posteriores de este capítulo, las uniones de CLT están principalmente diseñadas para resistir cargas de membrana, y también cortes transversales y tracciones perpendiculares al panel. Las compresiones normales de un panel a otro, como por ejemplo en UCM, UMF, y UMLM normalmente se asume que se transmiten directamente la carga mediante el contacto de los paneles. Pese a que existen uniones que permiten transferir el momento generado por fuerzas fuera del plano, por lo general se asume los paneles están articulados en cuanto a la rotación fuera del plano.

Bajo estas circunstancias la filosofía de diseño, salvando las circunstancias que en secciones posteriores de este capítulo se presentan, es bastante similar a las uniones convencionales con la excepción de que, por lo general se emplean esfuerzos por unidad de ancho para el dimensionado de líneas de unión, tal que la verificación de la capacidad adopta formas del tipo

Esto quiere decir, que el número de conectores requeridos se obtiene como la relación del esfuerzo lineal y la resistencia unitaria de cada conector

Por lo que la separación requerida entre los conectores de un panel resulta

Por supuesto, el esfuerzo lineal puede no ser constante dentro de un panel. Pese a ello, por razones constructivas (al igual que el sistema de marco plataforma) es bastante habitual emplear el esfuerzo más desfavorable como condicionante del diseño, y disponer el mismo tipo de conectores y espaciamientos a lo largo de cada panel. Naturalmente hay excepciones a lo anterior.

Lo importante de este apartado es notar pues, que la filosofía de diseño en términos generales es similar a uniones convencionales, con la salvedad de que los conectores suelen disponerse en líneas, y que también los valores resistentes de capacidad lateral y axial se calculan de forma diferente, tal como se detallará en apartados sucesivos.

1.5.3 Influencia de los huecos (gaps) y ranuras de los tablones

Tal y como se ha introducido en la Sección 1.1.3, es habitual que existan huecos entre los tablones de CLT que conforman una lámina, y también es común que haya ranuras en los propios tablones para evitar agrietamiento durante el proceso de fabricación. En caso de que un conector coincida total o parcialmente con uno de esos huecos, la rigidez y capacidad del mismo podría verse perjudicada en mayor o menor grado. Por este motivo se restringe de forma muy estricta el tamaño de huecos y ranuras del CLT, que por ejemplo en Europa tienen restricciones de 4 (6 para láminas intermedias) y 2,5 mm, respectivamente.