Rigidez lateral por cortante de entramado ligero de madera tornillo, panel OSB y uniones clavadas para el análisis estático lineal

Abstract

Esta investigación propone una expresión para la rigidez lateral de un elemento compuesto: “entramado ligero de madera tomillo, panel OSB y uniones clavadas” el cual se usa como muros de corte y diafragmas en viviendas y edificaciones de madera. La rigidez propuesta es analítica y resulta de la aplicación directa de las expresiones matemáticas del Método de Elementos Finitos para la obtención de la rigidez de cada sub elemento componente del objeto en estudio y de las estrategias de reducción de la ecuación matricial del Método Directo de la Rigidez, así mismo, está validada por comparación con resultados obtenidos con métodos analíticos - experimentales reconocidos y aceptados. En la comparación realizada se encuentran resultados satisfactorios para elementos estructurales de LTF y CLT por lo que el objetivo planteado para esta expresión se sugiere cumplido. En la actualidad las escuelas académicas de ingeniería estructural en Perú no incluyen en su currícula los métodos de análisis de estructuras de madera bidimensionales. Los métodos de análisis para elementos lineales en madera, que si se incluyen en la currícula, consideran al material como uno isotrópico dejando en claro que esto es una idealización ya que la madera es en realidad anisotrópico y no lineal, conceptos que se mencionan, no se aclaran y que fomentan la idea de que es mejor utilizar el concreto y el acero para estructuras principales y dejar la madera para estructuras secundarias, esto sumado a que no existe literatura abundante y suficientemente divulgada con relación a los métodos de análisis de los elementos bidimensionales de madera estimulan que todas las construcciones actuales se propongan en concreto y acero, aún en lugares donde la madera abunda en la naturaleza y es más económica que otros materiales de construcción. Por ello, y entre otras razones, es importante contar con un método de análisis que permita al alumno de pregrado y profesionales en carrera experimentar con elementos bidimensionales de madera, con ello encuentren las ventajas de su uso, y los propongan como materiales de construcción durante su vida profesional, el método ya existe, es el método directo de la rigidez, pero demanda el uso de una expresión para la rigidez lateral de los muros de madera, que no existe y que esta tesis entrega. La rigidez lateral que se propone ha sido idealizada a partir de un muro fijado en la base a la cual se le aplica una fuerza lateral en la corona, pero puede utilizarse indistintamente en el análisis estático lineal de muros y diafragmas usando el procedimiento habitual del análisis matricial de estructuras sin necesidad de recurrir a costosos modelos computacionales y a validaciones experimentales previas que requieren otras expresiones existentes para caracterizar mecánicamente los muros de madera.

This research proposes an expression for the lateral rigidity of a composite element: “light screw wood frame, OSB panel and nailed joints” which is used as shear walls and diaphragms in houses and wooden buildings. The stiffness proposal is analytical and results from the direct application of the mathematical expressions of the Finite Element Method for obtaining the stiffness of each sub-component of the object under study and the strategies of reduction of the equation matrix of the Direct Method of the Stiffness, and the same is validated by comparison with results obtained with analytical methods - experimental recognized and accepted. In the comparison carried out, satisfactory results are found for structural elements of LTF and CLT, so the scope proposed for this expression has been expanded. Currently the academic schools of structural engineering in Peru do not include in their curriculum the methods of analysis of two-dimensional wooden structures. The methods of analysis for linear elements in wood, which if included in the curriculum, consider the material as an isotropic one making it clear that this is an idealization since wood is actually anisotropic and nonlinear, concepts that are mentioned, are not clarified and that encourage the idea that it is better to use concrete and steel for main structures and leave wood for secondary structures, this added to the fact that there is no abundant and sufficiently disclosed literature regarding the methods of analysis of the two-dimensional elements of wood stimulate that all current constructions are proposed in concrete and steel, even in places where wood abounds in nature and is cheaper than other building materials. This is why, among other reasons, it is important to have a method of analysis that allows to the student of undergraduate and professional career experience with two-dimensional elements of wood, it will find the advantages of its use, and the proposed construction materials during his professional life, the method already exists, it is the direct method of the stiffness, but it demands the use of an expression for the lateral stiffness of the walls of wood, which does not exist and that this thesis delivery. The proposed lateral rigidity has been idealized from a wall embedded in the base to which a lateral force is applied in the crown, but it can be used interchangeably in the static linear analysis of walls and diaphragms using the usual procedure of matrix analysis of structures without resorting to expensive computational models and previous experimental validations that require other existing expressions to mechanically characterize wooden walls. The mechanical characterization that is achieved with existing expressions provide the resistant force of the wall for a given configuration, the mechanical characterization with the expression proposed in this thesis provides the lateral rigidity of the wall.