UNIONES CLAVADAS DE MADERA Y TABLERO ESTRUCTURAL FRENTE A CARGAS OSCILATORIAS.

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1 UNIONES CLAVADAS DE MADERA Y TABLERO ESTRUCTURAL FRENTE A CARGAS OSCILATORIAS. M,Cs. Ing. Jorge Lomagno Centro Forestal CIEFAP Esquel, Chubut Resumen. La acción de sismos y de vientos en construcciones residenciales de madera producen en las uniones de los elementos estructuras esfuerzos de tipo pseudodinámico y oscilatorio. A pesar de ello el análisis mecánico se realiza considerando cargas estáticas y monotónicas, por permitir esto último resultados aceptables y con métodos más simples de aplicar. No obstante esto, conocer el comportamiento de estas uniones a cargas oscilatorias permite mejorar su elección y diseño. En este trabajo se evaluaron 60 uniones de una pieza de madera y un tablero estructural unidas con un clavo o una grapa. Cada una fue sometida a esfuerzos oscilatorios de amplitud constante, ensayándose cada unión a 3 amplitudes diferentes. Se hallaron diferencias significativas entre la carga máxima alcanzada en el primer ciclo, y las de los ciclos siguientes, pero no se observaron reducciones en la carga máxima desarrollada a partir del segundo ciclo. Tampoco se hallaron diferencias entre las uniones clavadas y las realizadas con grapas. Esto presenta a ambos elementos de unión como muy estables en su resistencia a este tipo de solicitaciones. Palabras Clave: Unión Clavada; Grapa; Carga oscilatoria; Tablero OSB Abstract Although the seismic and wind loads in the joints of timber residential constructions produce pseudo-dynamic loads, the structural design of such situations is generally done considering static loads. It is because it permit to obtain acceptable results with more simples methods. Despite of this the knowledge of the dynamic loads joints response may be used to improve the selection and design. They were evaluated 60 timber-to-structural panel joints, each one with a nail or a staple. Each joint was submitted to oscillating loads of controlled slip. The maximum load at the first cycle was bigger than the followings, but among the cycles two to five there were not difference. They were not differences between nailed and stapled joints. The results present the OSB-totimber staple joints adequate for oscillating loads.

2 Introducción Entre los distintos sistemas constructivos en madera, el de entramados (Bastidor de piezas de maderas de reducida escuadría forradas de tableros estructurales es uno de los más aplicados, especialmente en muros de corte y diafragmas de edificaciones tales como viviendas familiares o locales comerciales. En este tipo de construcciones las uniones entre los tableros y el bastidor (generalmente fabricadas con piezas metálicas como clavos o tornillos son uno de los puntos críticos en la resistencia mecánica de los componentes de la construcción. Las solicitaciones que comúnmente dan lugar a mayores exigencias en las construcciones de madera son las debidas a sismos o a la acción del viento, originándose en ambos casos cargas horizontales que producen esfuerzos de tipo pseudo dinámico y oscilatorio 1. Dowrick,D.J, 2 citado por Foliente,G. et al. 1 estudiando uniones de piezas de maderas o tableros sometidas a cargas oscilatorias cargadas lateralmente hallaron una significativa correlación entre la forma del diagrama de carga-deformación y el tipo de conector. Polensek y Basterdorf 3 encontraron que las variables constructivas de la unión presentaron diferentes grados de correlación con las variables identificadas como representativas del comportamiento mecánico a este tipo de solicitación, especialmente el porcentaje de energía disipada respecto al teórico total de cada ciclo (damping ratio y el nivel de deformación máxima de la unión. Chun y Polensek 4 hallaron también que el porcentaje de humedad de los materiales de la unión tiene una incidencia significativa en su respuesta mecánica. Si bien se reportan varios estudios sobre el comportamiento de uniones clavadas de tableros multilaminados (PLY y madera, el auge creciente de los tableros OSB, y la posibilidad de usar como elemento de unión grapas de colocación mecánica, dieron lugar a este trabajo, cuyo objetivo fue determinar si las uniones de tableros OSB y grapas eran capaces de presentar una respuesta mecánica no diferente a la de uniones clavadas de tableros PLY. Metodología. Este trabajo fue realizado en el Laboratorio de Ingeniería en Maderas (LAMEM, de la Universidad de Sao Paulo, Brasil. Fueron armadas un total de 60 uniones de una pieza de madera de Pino de misiones y una de tablero estructural, cada una. Se utilizaron dos tipos de tableros (OSB comercial de origen canadiense y PLY de Pinus elliottii fabricado en Argentina y dos diferentes elementos de unión (clavos Nro 16/24 (2,7 mm de diámetro y 56 mm de longitud y grapas de 11,1 de ancho por 50 mm longitud, realizándose los ensayos indicados en la tabla 1. Las secciones de madera fueron obtenidas libres de defectos de 64 piezas de 50 x 150 mm de sección provenientes de un estudio anterior sobre la clasificación visual estructural de madera comercial, y acondicionadas a 12 % de humedad. En el armado de cada unión fue colocada una lámina de 0,15 mm de espesor de polietileno entre las piezas para reducir el rozamiento entre estas 5.

3 Tabla 1 tratamientos evaluados Deslizamiento (mm 0,4 1 Clavo Compensado OSB Grapa Compensado OSB Cada unión fue ensayada en una máquina de ensayos DARTEC M1000, aplicándose una carga lateral variable según un ciclo de oscilación sinusoidal de amplitud constante. Las probetas fueron sometidas a un ensayo de amplitud de 0,4 mm, luego fueron desarmadas, cortadas ambas piezas para eliminar la zona afectada por el ensayo, vueltas a armar con el mismo tipo de elemento de unión, y ensayadas a con amplitud 1 mm. El sector de fijación de cada pieza fue construido de modo de centrar el plano de deslizamiento de la unión con el eje de la máquina. El sistema de mordazas de la máquina permitió la fijación en forma rígida de cada pieza, lo cual, sumado al punto anterior, permitió considerar la ausencia de giro entre las piezas debido al momento resultante en la unión. La velocidad media de desplazamiento del cabezal de la máquina de ensayos se fijó de modo de lograr que en los ensayos de las tres amplitudes tuvieran una velocidad media semejante, y con frecuencias de oscilación del orden de 1 Hz 3; 6. De esta forma resultaron frecuencias de oscilación de 1 y 0,4 Hz para las amplitudes 0,4 y 1 mm respectivamente. En cada ensayo se aplicaron 5 ciclos de igual amplitud 4. En cada ciclo fueron obtenidos aproximadamente 20 a 34 registros, dependiendo de la frecuencia de oscilación. Resultados y discusión Se determinó la fuerza máxima desarrollada en cada medio-ciclo (Fig 1, adoptándose como carga máxima de cada ciclo el promedio de los valores máximos positivo y negativo de cada uno

4 Carga (kg Carga Max. (+ F ,8-0,6-0,4-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2-10 Deslizamiento (mm -30 F Desliz -50 Carga Max. (- -70 Figura 1. Diagrama Carga-desplazamiento del primer ciclo de una unión ensayada. Derecha: Esquema de la probeta ensayada Tabla 2.Fuerza máxima desarrollada. (Faltan obtener los valores del 4to ciclo Desplazamiento 0,4 mm 1 mm Ciclo 1 er 2do. 1 er 2do. Ply Prom CV (% Clavo OSB Prom CV (% Ply Prom Grap CV (% OSB Prom CV (% A partir de los valores de carga y deslizamiento de las uniones de OSB-Grapas y Ply-Clavo correspondientes a los ensayos con deslizamiento máximo de 1 mm, se determinó la energía aportada por la unión en cada ciclo, mediante la integración de la curva carga-deslizamiento (figura 2, arriba. El análisis de las medias de la energía por ciclo correspondientes al primer ciclo y al promedio de los ciclos 2 al 5 (tabla 2 fue realizado mediante un ensayo de comparación de medias al 95% de IC, hallándose que: -Tanto en las uniones de OSB-Grapa como en las de PLY-Clavo la energía aportada en el primer ciclo fue mayor a la de los ciclos siguientes, mientras que entre el segundo ciclo y el quinto no se observaron diferencias. -No se hallaron diferencias entre la energía aportada por las uniones de OSB-Grapa y PLY-Clavo tanto en el 1er. ciclo como en los ciclos 2 a 5.

5 0,03 Energía (J 0,025 0,02 0,015 0,01 0, ,5 0 0, Carga (Kg ,0-0,5 0,0 0,5 1,0-20 Deslizamiento (mm Figura 2. Comportamiento de una unión de PLY-Clavo. Abajo: Diagrama de carga-deslizamiento. Arriba: Energía desarrollada en función del deslizamiento Tabla 3. Valores medios de energía por ciclo desarrollada por dos tipos de uniones. En paréntesis: coeficiente de variación en (%. Nro. Energía por ciclo Probetas (Joule 1º ciclo 2º a 5º ciclo OSB- 15 0,00766 (26 0,00400 (24 Grapa PLY-Clavo 15 0,00817 (13 0,00410 (15 Conclusiones -Comparación de la fuerza máxima de uniones con clavos y con Grapas en el primer semiciclo: Mediante comparación de medias de los tratamientos según tipo de tablero no se hallaron diferencias al 95% de IC tanto para compensado como para OSB -En la comparación entre el ciclo positivo y el negativo, correspondientes al 2do ciclo de cada pieza, no se hallaron diferencias, al 95 % de IC en ninguno de los 4 tratamientos correspondientes a un desplazamiento de 1 mm.

6 -La reducción en la fuerzas máxima observada entre el 1er y el; 2do semiciclo positivo se puede considerar debida al proceso de deformación plástica de las piezas de madera y tablero. Para desplazamientos de 0,40 mm este valor fue de alrededor del 3 %, mientras que para desplazamientos de 1 mm, en los 4 tratamientos, no superó el 15 %. Entre el 2do y el 5to ciclo no se observaron variaciones significativas de las cargas máximas al 95% de IC. Bibliografía. 1-Foliente,C.;S.Mahendra y J. Dolan Response analysis of wood structures under natural hazard dynamic loads. Wood and Fiber Sc. 28( Dowrick,D.J, Hysteresis loops for timber structures. Bull NZ Natl.Soci. Earthquake Eng. 19(20: Polensek A y K. Bastendorf Damping in nailed joints of light-frame wood buildings. Wood and Fiber Science 19(2: Chou, C. y A. Polensek Damping and stiffness of nailed joints: response to drying. Wood and Fiber Science 19(1: Patton-Mallory ;M. y W. McCutcheon Predicting racking performance of walls sheathed on both sides. For.Prod. Jou. 37(9: Ni, C. y Y. Chui Response of nailed wood joints to dynamic loads. Procc. Pacific Timber Eng. Conf. July 11 to July 15, Goald Coast Australia.