Mendigorritxu, 138. Pabellón 3 · 01015 Vitoria-Gasteiz
45

Análisis estructural Módulos Fachada EcoPaja 45 cm.

1 OBJETO

2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

  • 2.1 BASTIDOR DE MADERA
  • 2.2 PANELES
  • 2.3 CONECTORES TABLERO-BASTIDOR
  • 2.4 PESO PROPIO DEL SISTEMA

3 MÉTODO DE CÁLCULO

4 BASES DE CÁLCULO

  • 4.1 NORMATIVA DE REFERENCIA
  • 4.2 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
  • MADERA MACIZA
  • TABLERO OSB 3
  • 4.3 HIPÓTESIS DE CÁLCULO
  • CLASES DE SERVICIO
  • DURACIÓN DE LA CARGA
  • COEFICIENTES DE LOS MATERIALES Y LAS ACCIONES

5 RESULTADOS

6 CONCLUSIONES

  • 6.1 NECESIDAD DE REPARTO DE LAS CARGAS VERTICALES
  • 6.2 COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA
  • 6.3 BUEN COMPORTAMIENTO FRENTE AL VIENTO PERPENDICULAR
  • 6.4 EXCENTRICIDAD EN LA RESISTENCIA AL DESCUADRE

1. Objeto

El objeto del presente informe es la justificación del análisis estructural de los diafragmas de muro de fachada de entramado EcoPaja de 45 cm.

Se recoge una descripción del sistema, las características de los materiales empleados y los condicionantes de cálculo considerados según la normativa vigente.

2. Descripción del sistema

2.1 BASTIDOR DE MADERA

El bastidor de los módulos se fabrica a partir de piezas de madera estructural de clase resistente C18 o superior de sección cuadrada de 70×70 mm.

2.2 PANELES

Una de las caras del bastidor así como los laterales del mismo se revisten con tablero OSB 3 de 15 mm de espesor.

2.3 CONECTORES TABLERO-BASTIDOR

La conexión entre los tableros estructurales y el bastidor de madera se realizará mediante tirafondos de rosca parcial con las siguientes características:

Diámetro núcleo (interior zona roscada) d2 (mm) ≥ 3,95
Resistencia característica a tracción del alambre fu (N/mm²) ≥ 600
Momento plástico característico My,k (N·mm) ≥ 8204,38 *

Los cálculos se han realizado considerando una separación entre conectores de 150 mm. Para garantizar una correcta conexión entre los elementos no se recomienda aumentar dicha separación.


*El momento plástico característico mínimo se ha calculado según la expresión 8.29 del apartado 4 del punto 8.3.2.1.1 del Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera del Código Técnico de la Edificación, considerando una resistencia característica a tracción del alambre fu=600 N/mm² y un diámetro eficaz del tirafondo de 1,1·d2 = 1,1·3,95 = 4,345 mm según se establece en el apartado 2 del punto 8.3.6.1 del Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera del Código Técnico de la Edificación. El fabricante de los conectores puede aportar los valores de momento plástico obtenidos por ensayo según el método definido en la norma “UNE-EN 409:2009

Estructuras de madera. Métodos de ensayo. Determinación del momento plástico de los elementos de fijación tipo clavija”.

Las siguientes referencias de fabricantes de tornillería para madera cumplirían con los requisitos geométricos y mecánicos:

  • HBS660 de Rothoblaas
  • 224060060 (224 HSI Power Cut Ø6-L60) de HECO
  • ESCRC6,0X60 de Simpson Strong-Tie

2.4 PESO PROPIO DEL SISTEMA

El peso propio del sistema considerando los elementos del bastidor de madera, los tableros estructurales y el aislamiento a base de paja compactada es de 65,9 kg/m² de fachada.

3. Método de cálculo

Se ha realizado un modelo de elementos finitos del bastidor de madera y los tableros estructurales, simulando la conexión entre ambos con barras rígidas articuladas a traslación con una constante elástica igual al módulo de deslizamiento instantáneo correspondiente a un tirafondo Ø6.

Para evaluar el comportamiento del sistema en su forma real de trabajo dentro de una fachada se han considerado las siguientes situaciones de cálculo:

Cargas permanentes:

aplicadas como cuatro cargas puntuales en el extremo superior de los montantes. Corresponde con la carga transmitida desde la cubierta o un forjado intermedio apoyados sobre los módulos de fachada.

Cargas de uso:

aplicadas como cuatro cargas puntuales en el extremo superior de los montantes. Corresponde con la carga transmitida desde la cubierta o un forjado intermedio apoyados sobre los módulos de fachada.

Acción de viento en fachada:

aplicada como una carga superficial sobre la superficie del tablero exterior de OSB.

Acción de viento de descuadre:

aplicada como dos cargas lineales sobre los testeros superiores.

Estas situaciones de cálculo se han combinado para evaluar el modo de fallo en las situaciones más desfavorables de trabajo y obtener la capacidad máxima del sistema. Puesto que los dos casos de carga de viento empleados actúan en sentido perpendicular entre sí y de forma no concomitante, se han analizado dos situaciones:

  • Carga permanente + Carga de uso + Viento en fachada
  • Carga permanente + Carga de uso + Viento de descuadre.

Para cada situación se han realizado cálculos sucesivos aumentando los valores de las cargas hasta alcanzar el fallo del sistema.

4. Bases de cálculo

4.1 Normativa de referencia

En la elaboración de la presente memoria se ha tenido en cuenta la siguiente normativa:

  • Código Técnico de la Edificación (CTE):
    o CTE-DB-SE: Seguridad estructural.
    o CTE-DB-SE AE: Acciones en la edificación. o CTE-DB-SE M: Madera.
  • Norma UNE-EN 1995-1-1 Eurocódigo 5: Proyecto de estructuras de Madera.
    o CTE-DB-SE: Seguridad estructural.
  • Norma UNE-EN 338: 2016 Madera estructural. Clases resistentes.
  • Norma UNE 56544: 2011 Clasificación visual de la madera aserrada para uso estructural. Madera de coníferas.
  • Norma UNE-EN 1912:2012/AC Madera estructural. Clases resistentes. Asignación de calidades visuales y especies.
  • Norma UNE-EN 14081-1:2006+A1 Estructuras de madera. Madera estructural con sección transversal rectangular clasificada por su resistencia. Parte 1: Requisitos generales.
  • Norma UNE-EN 12369-1:2001 Tableros derivados de la madera. Valores característicos para el cálculo estructural. Parte1: OSB, tableros de partículas y tableros de fibras.
  • Borrador Anexo Nacional de la norma UNE-EN 1995-1-1. Ejemplos de asignación a las clases de servicio.
  • Norma: EN 335: 2013 “Durabilidad de la madera y de los productos derivados de la madera. Definición de las clases de uso”.

4.2 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

MADERA MACIZA

En la fabricación de los bastidores del entramado se emplean secciones de madera aserrada de clase resistente C18 ó 24, habiéndose realizado los cálculos con la clase resistente de menor capacidad mecánica.

Según Norma “UNE-EN 338:2016 Madera estructural. Clases resistentes” la clase resistente C24 presenta los siguientes valores de resistencia característica:

Según Norma “UNE-EN 338:2016 Madera estructural. Clases resistentes” la clase resistente C18 presenta los siguientes valores de resistencia característica:

Propiedades resistentes

C18

Flexión

fm,k

18.00 N/mm2

Tracción paralela

ft,0,k

10.00 N/mm2

Tracción perpendicular

ft,90,k

0.40 N/mm2

Compresión paralela

fc,0,k

18.00 N/mm2

Compresión perpendicular

fc,90,k

2.20 N/mm2

Cortante (cortante y torsión)

fv,k

3.40 N/mm2

Rigidez

Modulo elasticidad paralela medio

E0,mean

9000 N/mm2

Modulo elasticidad paralela 5%

E0,05

6000 N/mm2

Módulo elasticidad perpendicular medio

E90,mean

300 N/mm2

Módulo cortante medio

Gmean

560 N/mm2

Densidad
Densidad característica ρk 320 Kg/m3

Densidad media

ρmean

380 Kg/m3

Según Norma “UNE-EN 338:2016 Madera estructural. Clases resistentes” la clase resistente C24 presenta los siguientes valores de resistencia característica:

Propiedades resistentes

C24

Flexión

fm,k

24.00 N/mm2

Tracción paralela

ft,0,k

14.50 N/mm2

Tracción perpendicular

ft,90,k

0.40 N/mm2

Compresión paralela

fc,0,k

21.00 N/mm2

Compresión perpendicular

fc,90,k

2.50 N/mm2

Cortante (cortante y torsión)

fv,k

4.00 N/mm2

Rigidez

Modulo elasticidad paralela medio

E0,mean

11000 N/mm2

Modulo elasticidad paralela 5%

E0,05

7400 N/mm2

Módulo elasticidad perpendicular medio

E90,mean

370 N/mm2

Módulo cortante medio

Gmean

690 N/mm2

Densidad
Densidad característica ρk

350 Kg/m3

Densidad media

ρmean

420 Kg/m3

TABLERO OSB 3

Según norma “UNE-EN 12369-1, Tableros derivados de la madera. Valores característicos para el cálculo estructural. Parte 1: OSB, tableros de partículas y tableros de fibras”, tiene los siguientes valores característicos para tableros de espesor entre 10 y 18 mm:

Valores característicos de los tableros

OSB/3 [e: >10 a 18 mm]

Densidad característica

ρk

550 Kg/m3

Flexión paralela a la fibra

fm,0

16.40 N/mm2

Flexión perpendicular a la fibra

fm,90

8.20 N/mm2

Tracción paralela a la fibra

ft,0

9.40 N/mm2

Tracción perpendicular a la fibra

ft,90

7.00 N/mm2

Compresión paralela a la fibra fc,0 15.40 N/mm2
Compresión perpendicular a la fibra fc,90 12.70 N/mm2
Cortante de cizalladura fv 6.80 N/mm2
Cortante de rodadura fr 1.00 N/mm2
Módulo elasticidad flexión paralela E0,m 4930 N/mm2
Módulo elasticidad flexión perpendicular E90,m 1980 N/mm2
Módulo elasticidad tracción paralela E0,t 3800 N/mm2
Módulo elasticidad tracción perpendicular E90,t 3000 N/mm2
Módulo elasticidad compresión paralela E0,c 3800 N/mm2
Módulo elasticidad compresión perpendicular E90,c 3000 N/mm2
Cortante de cizalladura Gv 1080 N/mm2
Cortante de rodadura Gr 50 N/mm2