Desarrollo de metodología de diseño y análisis de vigas laminadas clavadas.

Abstract

Chile enfrenta desafíos en vivienda y medio ambiente, la construcción con madera, en particular el Nail Laminated Timber (NLT), surge como una solución innovadora para la construcción sostenible. En este contexto las vigas laminadas clavadas y los pisos de madera clavados emergen como una solución estructuralmente robusta y versátil. La elección de vigas laminadas clavadas exige una consideración meticulosa en cuanto a la instalación de clavos. Esta conexión mecánica tiende a generar cierta flexibilidad en la dirección longitudinal de las juntas, convirtiéndolas en elementos compuestos flexibles. El objetivo principal de esta investigación es obtener información precisa sobre la resistencia y rigidez de uniones clavadas de madera, lo que ayuda a comprender el mecanismo de deformación en la interfaz de clavado, contribuyendo al avance de la mecánica estructural específica para vigas laminadas clavadas. Estas relaciones en la interfaz de clavado, a su vez, podrían incorporarse en modelos estructurales, facilitando la metodología del diseño y análisis de vigas NLT. Para ello, se realizó una revisión de literatura científica y técnica, así como un análisis de las normativas vigentes. En la primera línea de investigación se realizaron esquemas de ensayo que reflejan el comportamiento de uniones clavadas bajo cargas paralelas y perpendicular a la fibra. En base a los resultados se obtuvieron módulos de corrimiento del clavo, los cuales fueron analizados estadísticamente y comparados con estimaciones en base a normativas. En la segunda línea de investigación se analizaron ensayos de vigas laminadas clavadas, dispuestas de canto y de manera horizontal, considerando dos alternativas de fabricación, vigas sin empalme o continuas y vigas con empalmes a tope, el estudio permitió evaluar la rigidez de las vigas clavadas en laminación vertical y horizontal. Este análisis permitió evaluar la rigidez de las vigas clavadas en laminación vertical y horizontal. Se confirmó una mayor rigidez en las vigas continuas en comparación con las vigas con empalmes a tope. Además, se evidenció un aumento de rigidez en las vigas dispuestas en laminación vertical en contraste con las vigas dispuestas en laminación horizontal. Los resultados proporcionan módulos de corrimiento del clavo, comparados estadísticamente con estimaciones normativas respaldando el cálculo de dicho módulo y su potencial aplicación en la elaboración de modelos de vigas laminadas clavadas. Este estudio enriquece la comprensión del comportamiento estructural y promueve la integración de estas vigas en la construcción sostenible.

Chile faces challenges in housing and the environment; construction with wood, particularly Nail Laminate Timber (NLT), emerges as an innovative solution for sustainable construction. In this context, nailed laminated beams and nailed wooden floors emerge as a structurally robust and versatile solution. Choosing nailed laminated beams requires careful consideration in nail installation. This mechanical connection tends to generate a certain flexibility in the longitudinal direction of the joints, turning them into flexible composite elements. The main objective of this research is to obtain precise information about the strength and stiffness of nailed wood joints, which helps to understand the deformation mechanism at the nailing interface, contributing to the advancement of specific structural mechanics for nailed laminated beams. These relationships at the nailing interface, in turn, could be incorporated into structural models, facilitating the methodology of NLT beam design and analysis. To this end, a review of scientific and technical literature was carried out, as well as an analysis of current regulations. In the first line of research, test schemes were carried out that reflect the behavior of nailed joints under loads parallel and perpendicular to the fiber. Based on the results, nail shifting modules were obtained, which were statistically analyzed and compared with estimates based on regulations. In the second line of research, tests of nailed laminated beams were analyzed, arranged on edge and horizontally, considering two manufacturing alternatives, beams without splices or continuous beams and beams with butt splices. The study allowed evaluating the rigidity of the nailed beams. in vertical and horizontal lamination. This analysis allowed us to evaluate the stiffness of the beams nailed in vertical and horizontal lamination. Higher stiffness was confirmed in continuous beams compared to butt spliced beams. Furthermore, an increase in stiffness was evident in the beams arranged in vertical lamination in contrast to the beams arranged in horizontal lamination. The results provide nail shift moduli, statistically compared with normative estimates supporting the calculation of said modulus and its potential application in the development of models of nailed laminated beams. This study enriches the understanding of structural behavior and promotes the integration of these beams in sustainable construction.