Los cálculos manuales, las hojas de cálculo o el software lineal de elementos finitos no pueden capturar con precisión este comportamiento no lineal. Los clavos se deslizan y eventualmente fluyen antes de que el revestimiento o el entramado alcancen su capacidad, lo que influye en una parte significativa de la rigidez y la deflexión del muro de cortante.
Con las capacidades no lineales de RFEM 6, el modelo genera automáticamente una articulación de línea no lineal entre la superficie del revestimiento y los elementos del entramado basada en el comportamiento carga-deslizamiento del conector según el SDPWS 2021. El dimensionamiento de los conectores es el paso posterior realizado en el módulo adicional Timber Design para garantizar una capacidad adecuada entre montantes del muro de cortante y el revestimiento.
La ecuación de deslizamiento del conector del SDPWS
La Tabla C4.2.3D [1] proporciona la relación carga-deslizamiento para tamaños comunes de clavos (6d, 8d, 10d) en revestimiento de paneles estructurales de madera. Para cada tamaño, la tabla proporciona:
- Una carga máxima del conector, Vₙ (lb/conector), donde el conector comienza a fluir
- Una ecuación de deslizamiento, eₙ, en función de la carga del conector
Los exponentes de las ecuaciones de deslizamiento del conector significan que la conexión se rigidiza y ablanda de forma no lineal a medida que se acerca a la fluencia. Este comportamiento dúctil para muros de cortante es necesario para eventos laterales como sismos o viento.
Según el SDPWS, este comportamiento de deslizamiento solo se aborda a lo largo de la longitud del montante en la dirección longitudinal. El deslizamiento no lineal también puede aplicarse en la dirección transversal, pero esto no se menciona específicamente en el código. También existe una ecuación separada para conectores instalados en madera verde frente a madera seca, así como un aumento del 20% en el deslizamiento para revestimiento de grado no estructural. Estos ajustes opcionales están incluidos en RFEM 6 al definir los conectores entre el revestimiento del muro de cortante y las vigas, como se muestra en la imagen a continuación.
Verificación de la curva carga-deslizamiento en RFEM 6
Se asume un muro de cortante de madera modelado en RFEM 6 que incluye clavos comunes 8d con espaciamiento de 6 pulgadas (2 conectores/pie), revestimiento estructural grado I y madera seca. Según la Tabla C4.2.3D [1], la carga máxima de fluencia es de 220 lb/conector y la ecuación de deslizamiento para madera seca es:
eₙ = (Vₙ/616)3.018 (pulg)
RFEM 6 genera automáticamente una articulación de línea no lineal entre los montantes y el revestimiento con 10 puntos intermedios, como se muestra en la imagen a continuación.
Las coordenadas y la pendiente de los puntos 9 y 10 del diagrama se verifican adicionalmente para garantizar la aplicación de la ecuación de deslizamiento del conector de la Tabla C4.2.3D [1].
Fuerza distribuida (n) en el punto 10 a 220 lb/conector (fluencia):
n₂₂₀ = (220 lb/conector)(2 conectores/pie)(1 pie/12 pulg) = 36.667 lb/pulg
Deslizamiento correspondiente (u) en el punto 10:
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3.018 = 0.0447 pulg
Fuerza distribuida (n) en el punto 9 a 198 lb/conector (90% de la fluencia):
n₁₉₈ = (198 lb/conector)(2 conectores/pie)(1 pie/12 pulg) = 33.0 lb/pulg
Deslizamiento correspondiente (u) en el punto 9:
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3.018 = 0.0325 pulg
Pendiente (rigidez del resorte) entre los puntos 9 y 10:
Cᵤ,ₓ = (36.667 − 33.0)/(0.0447 − 0.0325) ≈ 301 lb/pulg²
Estos mismos cálculos se aplican directamente a lo largo de la curva carga-deslizamiento de múltiples puntos de la Tabla C4.2.3D [1]. El modelo captura el comportamiento no lineal de la conexión en todo el rango de carga. Esto reemplaza el enfoque manual, donde el deslizamiento del clavo se ignora, se considera lineal o se aplica como un término de deflexión empírico al final de un cálculo manual sin visibilidad sobre cómo cambia la rigidez con la carga o cómo el deslizamiento redistribuye la fuerza entre los paneles.
Dimensionamiento de conectores para la capacidad nominal de cortante unitario
El deslizamiento no lineal del conector influye directamente en el análisis del muro de cortante en RFEM 6. El dimensionamiento de los conectores es el paso posterior realizado en el módulo adicional Timber Design. Las disposiciones de diseño de la Tabla 4.3A del SDPWS 2021 proporcionan la capacidad nominal (vₙ) influenciada por:
- Material del revestimiento y espesor nominal mínimo (5/16 pulg, 3/8 pulg, 7/16 pulg, 15/32 pulg, etc.)
- Tipo y tamaño del conector (clavo común 6d, 8d, 10d)
- Espaciamiento de los clavos en el borde del panel (6, 4, 3 o 2 pulg)
Un muro de cortante modelado en RFEM 6 permite ingresar las variables anteriores que pueden quedar fuera de los valores dados en la tabla. Por lo tanto, se aplican las siguientes suposiciones en el módulo adicional Timber Design para estos escenarios:
- Un espesor de panel menor que el mínimo de la tabla es un error de diseño. Un espesor mayor que el valor de la tabla se redondea hacia abajo sin asumir capacidad adicional (p. ej., 19/32 pulg hace referencia a la fila de 15/32 pulg).
- El espaciamiento de los clavos solo se tabula a 6, 4, 3 y 2 pulg. Un espaciamiento entre valores se redondea hacia abajo al valor más conservador (p. ej., 3.5 pulg hace referencia a 3 pulg). Un espaciamiento mayor a 6 pulg es un error de diseño; menor a 2 pulg está limitado a la fila de 2 pulg.
Las notas al pie de la tabla que modifican las capacidades para especies específicas de entramado, grado del panel y otras condiciones se consideran automáticamente en el dimensionamiento de los conectores.
El dimensionamiento completo de los conectores se reporta bajo la verificación de diseño UL7100, como se muestra a continuación. El cortante admisible frente a la demanda se presenta como una relación de diseño con ecuaciones de verificación detalladas, referencias al código y una salida de datos transparente.
De verificaciones manuales al diseño basado en FEA
La curva carga-deslizamiento y las verificaciones de diseño de capacidad cierran un ciclo que antes requería cálculos manuales separados en cada paso o suposiciones lineales menos precisas. La articulación de línea no lineal de RFEM 6 gobierna cómo se deforma el modelo bajo carga, capturando el deslizamiento de los clavos del panel como una de las cuatro fuentes de deflexión del SDPWS. El módulo adicional Timber Design verifica de forma independiente la resistencia del conector frente a la demanda de cortante en todas las ubicaciones de los conectores para garantizar un diseño seguro y preciso.
Para más información sobre este tema, consulte el seminario web | 2024 NDS / 2021 SDPWS Timber Shear Wall Design in RFEM 6 vinculado a continuación.