Capacidad de carga a la hienda de uniones con clavijas cargadas perpendicularmente a la fibra en madera de frondosas. Análisis experimental y numérico bajo el enfoque de la mecánica de fractura
- Autores: José Luis Gómez Royuela
- Directores de la Tesis: María Almudena Majano Majano (dir. tes.), José Manuel Cardoso Xavier (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Estructuras de la Edificación por la Universidad Politécnica de Madrid
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Las uniones mecánicas con clavijas son una solución ampliamente utilizada en estructuras de madera debido a su facilidad de montaje y desmontaje, rapidez de ejecución y elevada capacidad de carga. La posibilidad de desarrollar un comportamiento de fallo dúctil las hace especialmente interesantes. Sin embargo, bajo determinadas condiciones, se generan concentraciones de tensiones rasantes y perpendiculares a la fibra que pueden provocar un fallo frágil por hienda, como en el caso de las uniones con clavijas cargadas con ángulo respecto de la fibra.
El fallo por hienda en este tipo de uniones está directamente relacionado con los procesos de fractura del material. Sin embargo, no existe un consenso generalizado sobre cómo abordar adecuadamente el problema, tanto en lo referente a las expresiones analíticas para estimar su capacidad de carga, como a nivel de caracterización de las propiedades de fractura del material. El Eurocódigo 5 ofrece una expresión muy simplificada, basada en la mecánica de la fractura, para estimar la capacidad de carga frente a la hienda. Sin embargo, no considera la influencia de muchos parámetros geométricos de la conexión, de las propiedades del material, y restringe su aplicabilidad a las especies coníferas.
El objetivo general de la presente tesis es contribuir a superar dichas limitaciones, para el caso de vigas de madera de haya europea (Fagus sylvatica L.) cargadas perpendicularmente a la fibra mediante conexiones con pasadores, bajo el enfoque de la mecánica de fractura no lineal. Con este fin, se realizan trabajos experimentales y simulaciones numéricas para investigar la influencia de diferentes parámetros relacionados con la geometría de la conexión. En particular, se analiza el efecto de la colocación de uno y dos pasadores para transferir la carga a la viga, la separación entre los pasadores en la dirección longitudinal de la viga y su proximidad a los apoyos. Asimismo, se estudia la influencia de la esbeltez de la viga y el efecto de disponer una segunda conexión de manera simétrica respecto al centro de la viga.
En las simulaciones numéricas se emplean modelos de zona cohesiva, que permiten simular el inicio y la propagación de la fisura. Estos modelos requieren la implementación de las propiedades elásticas y de fractura del material, las cuales han sido obtenidas experimentalmente en esta tesis. Las constantes de elasticidad se determinan mediante ensayos de compresión con mediciones de deformaciones utilizando técnicas de correlación de imágenes digitales. Por su parte, las propiedades de fractura en los modos de carga I y II se obtienen a partir de ensayos DCB (Double Cantilever Beam) y ENF (End-Notched Flexure), respectivamente. Las leyes cohesivas que describen el comportamiento a fractura del material son obtenidas aplicando el método directo utilizando el procedimiento CBBM (Crack Based Beam Method) para obtener la energía de fractura. Los resultados numéricos se comparan con los experimentales y los obtenidos a partir de la expresión del Eurocódigo 5 y de otros dos modelos analíticos de referencia para la estimación de la capacidad de carga frente a la hienda.
En base a los trabajos realizados, se demuestra la influencia en la capacidad de carga a la hienda de los parámetros estudiados, sugiriendo la conveniencia de actualizar la expresión normativa vigente. La comparación entre las cargas de fallo experimentales, numéricas y teóricas revela que los modelos analíticos tienden a estimar de forma conservadora la capacidad de carga frente a la hienda, especialmente la expresión incluida en el Eurocódigo 5.
Por último, el modelo numérico propuesto demuestra ser una herramienta eficaz para predecir de manera fiable la capacidad de carga a la hienda de vigas de haya europea con uniones con pasadores y diferentes configuraciones.
La presente tesis doctoral se articula a través de cuatro contribuciones realizadas por el autor y publicadas en revistas científicas indexadas (JCR Q1).
