Combinación de resultados en estructuras de madera para las normativas de madera de Europa y América

Artículo técnico

Además de determinar las cargas, se deben considerar algunas particularidades relacionadas con las combinaciones de carga en el cálculo de madera. Al contrario que en las estructuras de acero, donde la carga más grande resulta de todas las acciones desfavorables, en una estructura de madera los valores de resistencia son dependientes de la duración de carga y de la humedad de la madera. También se deben considerar las características especiales para el estado límite de servicio. En el siguiente artículo se habla de los efectos del cálculo de elementos de madera y cómo esto es posible con RSTAB y RFEM.

Cálculo del estado límite último para estructuras de madera

Como se ha mencionado anteriormente, la mayor razón de los componentes resulta generalmente de la mayor carga. En la mayoría de normativas europeas y americanas, la resistencia de la madera depende, sin embargo, de la duración de carga y de la humedad de la madera. Por lo tanto, una combinación de cargas puede ser determinante incluso si no tiene la carga más alta. Por esta razón, es importante prestar atención a la combinación de carga determinante. Esto se muestra gráficamente en la figura 01.

Figura 01 - Influencia de la duración de carga en el valor de cálculo de la resistencia

Ed = valor de cálculo de la carga
Rd = valor de cálculo de la resistencia
t = duración la carga
g = carga permanente
s = carga de nieve
w = carga de viento

Caso 1:
Combinación de cargas determinante = g + s + w
Razón: la carga desde g + s + w es la más cercana a la curva Rd.

Caso 2:
Combinación de cargas determinante = g
Razón: la carga desde g es la más cercana a la curva Rd.

Caso 3:
Combinación de carga determinante = g + s
Razón: la carga desde g + s es la más cercana a la curva Rd.

Caso 4:
Combinación de carga determinante = g + s
Razón: las formas de carga g + s exceden la curva Rd → Ed > Rd.

Se considera la influencia de la duración de carga en [1] con una modificación del cociente kmod. En [2], esta situación se administra con el coeficiente C(norma ASD) y el factor λ (diseño por factores de carga y resistencia - LRFD). La normativa suiza [3] simplemente define la influencia de la duración de carga en la resistencia con el coeficiente ηM y, de este modo, es idéntica para todas las acciones; por lo tanto la figura 01 no es válida en este caso.

Cálculo del estado límite de servicio para estructuras de madera

Cuando se realiza el cálculo del estado límite de servicio, las mayores deformaciones ocurren si se consideran todos los coeficientes de deformación de las acciones desfavorables. Según [1]  se tienen que analizar las siguientes deformaciones para, por ejemplo, el Anejo alemán y austriaco:

  • Deformación elástica inicial winst
    que consiste en la combinación característica
  • Deformación final wfin
    que consiste en la deformación inicial característica y los coeficientes de fluencia de la combinación cuasipermanente
  • Deformación final wfin,net
    que consiste en la deformación cuasipermanente inicial y los coeficientes de fluencia de la combinación cuasipermanente. También se calcula con la deformación inicial característica para otros países, pero esto se considera demasiado "estricto" según el Anejo alemán y austriaco.

En [2], no se explica explícitamente qué casos de carga se tienen que usar para determinar las combinaciones de carga para el funcionamiento. Se refiere a las normativas de ingeniería de construcción generalmente aceptadas. En este caso, se puede usar el IBC (Código internacional de construcción - "International Building Code") [4] para determinar la combinación de carga determinante (ver capítulo 1604.3). En [2] se explica si se considera sólo la fluencia. En contraste con otras normativas europeas, el IBC considera las acciones con respecto a las deformaciones por separado. Los valores límite sólo resultan de las cargas impuestas, nieve o viento para la deformación y, en el caso de fluencia, desde el peso propio + la carga impuesta.

Según [3]  se tienen que analizar los siguientes estados límite entre otras cosas:

  • Situación de proyecto poco frecuente
    que consiste en la deformación inicial característica y los coeficientes de fluencia de la combinación cuasipermanente
  • Situación de proyecto frecuente
    que consiste en la deformación inicial frecuente y los coeficientes de fluencia de la combinación cuasipermanente
  • Situación de proyecto cuasipermanente
    que consiste en la deformación cuasipermanente inicial y los coeficientes de fluencia de la combinación cuasipermanente

Consideración de la duración de carga, humedad y fluencia de la madera en RFEM y RSTAB

Para tener en cuenta la duración de carga, la humedad y la fluencia de la madera, RFEM y RSTAB contienen normativas separadas para clasificar los casos de carga y sus combinaciones. Se añade "Madera" como una normativa relevante.

Figura 02 - Configuración especial en la construcción de madera en los datos generales

En las propiedades de la normativa relevante, es posible establecer configuraciones específicas de la norma, como la definición del coeficiente de fluencia. De este modo se realizan las configuraciones necesarias para crear la combinación de carga.

Figura 03 - Selección del coeficiente de fluencia

Para considerar la influencia de la duración de carga durante el cálculo, se define la duración de carga relevante cuando se crea el caso de carga.

Figura 04 - Asignación de la duración de carga para los casos de carga

Se asume automáticamente en los módulos de cálculo (RF-/TIMBER Pro, RF-/TIMBER AWC, RF-LAMINATE y demás) y se asigna a las combinaciones de carga individuales.

Figura 05 - Asignación de la duración de carga para los casos de carga individuales

Entonces se asegura que siempre se lleve a cabo el cálculo del estado límite último para cada combinación de carga con la menor duración de carga de los casos de carga contenidos.

Para el estado límite de servicio, los valores límites para la situación de cálculo relevante se asignan en los datos generales del módulo adicional correspondiente. Si las combinaciones de carga se han generado manualmente, sin usar la combinación de carga automática, también se deben asignar manualmente.

Figura 06 - Asignación de la situación de proyecto para el estado límite de servicio

Los valores límite se pueden ajustar en la configuración de la normativa o en la configuración del Anejo Nacional para la situación de cálculo relevante.

Figura 07 - Valores límite para el análisis de deformación

Palabras clave

fluencia duración de la carga factor de modificación (kmod)

Referencia

[1]   Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings; EN 1995-1-1:2010-12
[2]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[3]   SIA 265:2012: Holzbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 2012.
[4]   2018 International Building Code (IBC)

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