Pablo Guindos - Conceptos avanzados del diseño estructural con madera

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Conceptos Avanzados del Diseño Estructural con Madera

Parte II: CLT, Modelación Numérica, Diseño Anti-incendios y Ayudas al Cálculo

Pablo Guindos B.

© Inscripción Nº 309.675

Derechos reservados

Octubre 2019

ISBN Edición impresa Nº 978-956-14-2462-3

ISBN Edición digital Nº 978-956-14-2464-7

Dibujos: Francisca Evans Zaldívar y Marcela Pasten Espinosa

Diseño de portada: Francisco López Urquieta

Fotografía de portada: Edificio Mjøstårnet de 18 pisos en Noruega, cortesía de Moelven

Diseño: Francisca Galilea

Diagramación digital: ebooks Patagonia

www.ebookspatagonia.com info@ebookspatagonia.com

CIP-Pontificia Universidad Católica de Chile

Guindos Bretones, Pablo, autor.

Conceptos avanzados del diseño estructural con madera / Pablo Guindos; ilustraciones de Francisca Evans y Marcela Pasten.

Contenido: Volumen 1. Uniones, refuerzos, elementos compuestos y diseño antisísmico – Volumen 2. CLT, modelación numérica, diseño anti-incendios y ayudas al cálculo.

1. Construcciones de madera – Chile.

2. Ingeniería estructural.

3. Estructuras de madera.

4. Propiedades de la madera.

I. t.

II. Evans, Francisca, ilustrador.

III. Pasten Espinosa, Marcela Eleonora, ilustrador.

2019 721.04470983 DCC23 RDA

Dedicado a Minia

CONTENIDO

PRÓLOGO PRÓLOGO La construcción de mejores ciudades conlleva a la necesidad constante de buscar nuevos elementos y materiales que contribuyan a mejorar la calidad de vida de las personas. Así es como desde hace unos años el uso de la madera se alzó como una alternativa en la construcción de viviendas sociales, con variados atributos que las hacen soluciones más sustentables e innovadoras. La relación entre Chile y el desarrollo en el uso de la madera está viviendo una época atractiva que invita a hacerle seguimiento para potenciar su inclusión en la industria. Somos uno de los diez países productores más importantes a nivel internacional y se trata del segundo sector exportador a nivel nacional y el primero basado en fuentes renovables. Claro que para trazarse nuevos desafíos lo primero es avanzar en productividad, industrialización e innovación y así cumplir con un compromiso tan clave como necesario: duplicar su uso en la construcción de viviendas al año 2035. En el Ministerio de Vivienda y Urbanismo hemos avanzado en hacer alianzas colaborativas con representantes del mundo académico, sectorial e interinstitucional, que nos han permitido impulsar varias iniciativas para que la madera se convierta en una alternativa competitiva en el mercado, potenciando su versatilidad para generar soluciones sustentables, innovadoras, y con alto nivel de prefabricación, apuntando a la productividad y al potencial de crecimiento del sector. Por cierto, para garantizar el éxito y potenciar el uso avanzado de la madera en la construcción en Chile, es indispensable el esfuerzo conjunto y coordinado de todos los actores, a través de una cooperación público-privada. Lo logrado hasta ahora es fruto de un trabajo del Estado con el sector privado, con las entidades gremiales, los académicos y profesionales del área, para avanzar sostenidamente y garantizar impactos positivos en la calidad de vida de las familias, en términos del estándar y la durabilidad de las construcciones que habitan. Estamos conscientes de que aún queda camino por recorrer frente a este tema, pero nos motiva hacer de Chile un referente a nivel mundial. Por eso, valoro el significativo aporte de esta publicación, que establece una base tecnológica sólida que permite abordar las construcciones en madera con mayor eficiencia, calidad y modernidad. Cristián Monckeberg Bruner Ministro de Vivienda y Urbanismo

PREFACIO

¿CÓMO LEER ESTE LIBRO?

1. DISEÑO ESTRUCTURAL CON CLT

1.1 Introducción y base mecánica diferenciadora

1.1.1 Placa ortótropa gruesa

1.1.2 Capas perpendiculares sin contribución axial efectiva

1.1.3 Solicitaciones de rodadura en capas perpendiculares

1.2 Modelos de cálculo tipo viga

1.2.1 Valores seccionales

1.2.2 Modelo de viga flexible de Timoshenko

1.2.3 Aplicación del método γ

1.2.4 Modelo de la analogía de corte (shear analogy)

1.2.5 Teoría de componentes (k-method)

1.3 Modelo de cálculo tipo placa; teoría de placas con contribución de corte de primer orden

1.3.1 Suposiciones fundamentales de la teoría de placas de Mindlin

1.3.2 Formulación de desplazamientos en la teoría de Mindlin

1.3.3 Deformaciones

1.3.4 Esfuerzos y tensiones en la placa

1.3.5 Matriz de rigidez del elemento

1.3.6 Rigidez de la membrana

1.3.7 Modelo de Schickhofer para reducción de rigidez de corte en el plano

1.3.8 Componentes de rigidez flexional y torsional

1.3.9 Factor de reducción de rigidez torsional

1.3.10 Componentes de rigidez de cortante transversal

1.3.11 Cálculo de tensiones en cada lámina

1.3.12 Verificaciones en cada lámina

1.4 Verificaciones analíticas de elementos estructurales

1.4.1 Tracción paralela a la placa

1.4.2 Tracción perpendicular a la placa

1.4.3 Compresión paralela a la placa

1.4.4 Compresión perpendicular a la placa

1.4.5 Flexión fuera del plano

1.4.6 Flexión en el plano

1.4.7 Cortante perpendicular a la placa

1.4.8 Cortante en el plano

1.4.9 Combinación de esfuerzos

1.4.10 Resumen de verificaciones analíticas en miembros de CLT

1.5 Diseño de uniones

1.5.1 Tipos de uniones

1.5.2 Concepción de uniones lineales (líneas de unión)

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

1.5.4 Concepción de desangulaciones 3D y simplificaciones en conectores inclinados

1.5.5 Efecto refuerzo de lámina perpendicular e incremento de ductilidad local en conectores laterales insertados en caras

1.5.6 Posibilidad de fallo por tracción perpendicular de conectores laterales en bordes solicitados fuera del plano

1.5.7 Recomendaciones generales sobre el uso de conectores en el CLT según su disposición y el tipo de carga

1.5.8 Procedimiento de diseño

1.5.8.1 Capacidad de extracción axial

1.5.8.2 Capacidad de aplastamiento lateral

1.6 Consideraciones para el diseño de edificios

1.6.1 Muros

1.6.1.1 Principio mecánico de un muro desacoplado

1.6.1.2 Predicción de capacidad lateral en muros de corte desacoplados

1.6.1.3 Predicción de rigidez lateral en muros de corte desacoplados

1.6.1.4 Rigidez de muros desacoplados con aperturas

1.6.1.5 Verificación de muros

1.6.1.5.1 Verificación de vuelco

1.6.1.5.2 Verificación de corte en claves de corte

1.6.1.5.3 Verificación de la deformación

1.6.1.5.4 Otras verificaciones

1.6.2 Losas

1.6.2.1 Efecto de las aperturas en el análisis gravitacional

1.6.2.2 Cortante perpendicular paralelo a la luz, Vy, y descarga gravitacional sobre muros transversales

1.6.2.3 Reparto biaxial de cargas concentradas y lineales

1.6.2.4 Losas nervadas de CLT (rib slabs)

1.6.2.5 Función de diafragma

1.6.2.5.1 Esfuerzos en ULL debido a la carga lateral

1.6.2.5.2 Estimación de rigidez

1.6.3 Verificaciones y modelación de rigideces de las líneas de unión

1.6.3.1 Unión cubierta-muro (UCM)