Estudio de nudos rígidos en estructuras de madera laminada

La razón de este proyecto final de grado tiene su origen en otro proyecto final, el que Xavier Bosch Canals presentó en julio de 2010 para la carrera de arquitectura en la ETSAB (UPC). Ese proyecto final estaba emplazado donde actualmente se encuentra el mercado municipal de Calafell. El objetivo de ese proyecto era la definición de la documentación gráfica para la ejecución de la biblioteca-archivo municipal de Calafell. Acompañando a la biblioteca-archivo se realizó una propuesta básica de mercado municipal. Esta propuesta de mercado contemplaba una estructura de madera laminada. El desarrollo y cálculo de esta estructura de madera se propuso como tema original de proyecto en el departamento de construcciones arquitectónicas de la EPSEB. Al plantear uniones de tipo rígido, se denotó una falta de estudios e información al respecto, por ello se decidió enfocar la temática del presente proyecto en la dirección de un estudio sobre este sistema de unión. El estudio se desarrolla en dos partes. La primera de ellas se compone de varios apartados en los que se analiza el ‘estado de la cuestión’ de las estructuras de madera. Se estudian las uniones tradicionales, la materia prima y el tipo de sistemas de unión existentes en la actualidad. Esta primera parte sirve de base para poder llevar a cabo el estudio comparativo entre los sistemas de nudos rígidos y articulados, al que se le da forma en la segunda parte del estudio. En segunda fase del estudio, se calculan dos pórticos con sistemas de nudos rígidos y se comparan con sus homólogos articulados. Esto lleva a poder decidir cómo se comportan las uniones rígidas frente a un sistema conocido como es la solución con nudos articulados. Analizando el estado de la cuestión se llega a la conclusión que las uniones tradicionales en estructuras de madera no contemplan nudos rígidos debido a su complejidad técnica, falta de precisión e inadecuación de la madera a este tipo de soluciones. Para poder realizar este tipo de nudos se debían superar los problemas que surgían de la naturaleza del propio sistema. Se consideran nudos rígidos los que no confieren a sus barras libertad en el giro. Esta limitación de movimiento libera la carga tensional en el tramos central de las barras horizontales y en consecuencia aumenta las tensiones que se producen en el encuentro. Por esta razón se producirán fendas por aplastamiento de la madera y por las variaciones de humedad si no se remedia. El éxito de los nudos rígidos está íntimamente ligado a solucionar estos aspectos. Los defectos por exceso de tensión se solventan con el correcto diseño y aplicación del refuerzo de acero, los debidos a la variación de humedad se soluciona con el uso de madera bilaminada. Tras analizar los resultados del cálculo se concluye que el sistema rígido aporta un mejor aprovechamiento de la madera. Esto se debe a la aparición de un momento negativo en el nudo que descarga y equilibra la viga. La sección en la viga es de entre un 20-30% menor que su homólogo articulado. Esto permite afirmar que las uniones rígidas reduzcan entre un 10% y un 20% el coste en cuanto a material frente a sistemas articulados. En luces más pequeñas la diferencia de material no es apreciable. Las estructuras rígidas están muy penalizadas por la carga horizontal de viento, lo que obliga a que se usen en estructuras de poca altura. El sistema rígido que más optimiza la madera es el sistema de nudo corona, consumiendo un 46% menos madera que el nudo armado analizado. Esto se debe a que utiliza una doble sección variable en el pilar, ajustando así el aumento de tamaño en el pilar debido al momento. Esto permite mantener el ahorro obtenido con la viga. La perpendicularidad de las barras penaliza a los nudos rígidos, si se angula la estructura 30 grados se reduce el consumo de material hasta en una quinta parte. En cuanto al fuego, el sistema de armadura consigue una calificación de resistencia frente al fuego igual que si se tratara de madera sin acero