Cada vez más se empieza a utilizar estructuras de madera con entramado ligero y contralaminado (CLT) para viviendas dados sus beneficios económicos y ambientales. Sin embargo, el cálculo de estas estructuras han de estar sometidos a rigurosas comprobaciones estáticas. Además, la construcción de alta eficiencia energética, como el estándar Passivhaus, requiere de una atención especial para minimizar deformaciones que puedan comprometer la hermeticidad del edificio, si esta está basada en los propios componentes o si se utilizan membranas con una resistencia mecánica limitada al desgarro.
Hoy en día, el modelado de edificios de madera con un software de elementos finitos podría ser complicado: en particular, la evaluación correcta de la rigidez lateral de los muros es difícil de determinar, ya que depende de diferentes contribuciones (deformaciones por corte de las paredes, deformaciones de las conexiones, rotación del cuerpo rígido debido a las deformaciones de los herrajes) que son difíciles de definir en el modelo.
Por otro lado, con el software TimberTech Buildings, la definición y el modelado de muros de madera (CLT o de entramado ligero) se obtiene fácilmente porque El “ensamblaje” de todos los componentes del muro corresponde a los modelos numéricos implementados derivados de la investigación realizada en la Universidad de Trento. El modelo implementado en el software es capaz de considerar todos los componentes de rigidez en un muro de madera y de sus conexiones. Una descripción detallada del modelo se puede encontrar publicado en el documento “Daniele Casagrande, Simone Rossi, Tiziano Sartori, Roberto Tomasi: “Propuesta de un procedimiento analítico y un modelo numérico simplificado para la respuesta elástica de muros a cortante de madera de una sola planta, en la edición de la revista Construction and Building Materials (2015) ”.
Introducción
Esta sección muestra una comparación entre un modelado de un muro de entramado con un software de elementos finitos y un modelado con el software TimberTech Buildings. El objetivo de esta comparación es calcular y comparar las diversas contribuciones de rigidez dadas por los elementos que forman el muro. Se modela un muro de entramado con montantes y durmientes y completado con tableros estructurales utilizados para transferir las cargas horizontales a la base de la estructura.
El desplazamiento horizontal elástico de un muro de entramado en madera liviana sometida a una fuerza horizontal se puede obtener agregando las siguientes contribuciones de deformación.
Modelado con un software de elementos finítos
Modelar un muro de entramado a través de un software de elementos finitos es muy costoso y complicado. Como se muestra en la siguiente figura, realizado con SAP2000, para evaluar correctamente la rigidez horizontal de la pared, se debe usar: - Elementos de “frame” para modelar los entramados; - Elementos de “shell” para modelar el tablero; - Elementos de “link” para modelar las conexiones entre el tablero y el marco. Cada unión está modelada con un vínculo con la rigidez real de la fijación; - Elementos de “link” para simular los herrajes.
Modelado con el software Timbertech
Modelar con TimberTech Building es muy simple y rápido. El usuario debe definir las propiedades geométricas y mecánicas para cada tipología de muro.
Ejemplo práctico comparativo Con este ejemplo, se muestra una comparación entre el software TimberTech Buildings y un software de elementos finitos para un muro de entramado con una longitud de 2 m y una altura de 3 m. El muro presenta las siguientes características: - El entramado tiene un espesor de 160 mm, el ancho de los montantes es igual a 100 mm y el espaciamiento es de 1000 mm; - El tablero estructural es un OSB / 2 con un espesor de 12,5 mm. La rigidez de los clavos es de 918 N / mm.
- El espaciado de los herrajes externos es de 100 mm y el espaciado de los herrajes internos es de 200 mm; - El muro está sujeto a los cimientos con una escuadra con una rigidez de 19977 kN / m y con dos soportes angulares con una rigidez de 52186 kN / m.
En la imagen de arriba, podemos ver cómo los resultados del modelo analítico implementado en Timbertech Buildings son muy similares a los resultados obtenidos con un software de elementos finitos. Hemos logrado una rigidez de muro muy cercana a la obtenida con un software de elementos finitos a pesar de un modelado más simplificado de la pared. En la imagen anterior, se muestra que la contribución de la deformación dada por la traslación del cuerpo rígido es insignificante. Por otra parte, las deformaciones de los herrajes y el vuelco de cuerpo rígido (conexión de amarre) son muy importantes.
Conclusiones
TimberTech Buildings es un software de diseño estructural para el análisis de estructuras de madera de muros portantes con CLT (Cross Laminated Timber) y de entramado ligero nacido en la Universidad de Trento y desarrollado por TimberTech. Muy fiable, rápido de dominar y fácil de usar, actualizado de forma constante y automática, el software TimberTech Buildings se ha desarrollado para satisfacer todas las necesidades de los diseñadores de estructuras de madera, desde la importación DXF hasta el modelado de alta velocidad y la exportación de informes de diseño en formato Word.
Como hemos visto en este ejemplo, presenta un método robusto de cálculo numérico secundado en los Eurocódigos y que permiten un modelado muy rápido de estructuras complejas.
Para más información sobre el software:
Creditos: Jesús Menéndez, Timbertech Srl