Congreso

Asociación Española de
Ingeniería Mecánica

XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA

Técnicas de aplicación del método de los elementos finitos en
análisis de uniones metal-madera en estructuras de madera
J.G. Fueyo, M. Domínguez, J.A. Cabezas
Dpto de Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca
fueyo@usal.es

Resumen
El presente artículo muestra de manera resumida laaplicación realizada del programa de elementos finitos
ABAQUS y el lenguaje de programación PYTHON al estudio de las tensiones y deformaciones y de las
propuestas de mejora de diseño de varios casos particulares de uniones metal-madera en estructuras de
madera: vigas entalladas, vigas de vértice curvo reforzado con barras, uniones en cerchas de pequeña
escuadría mediante el empleo de placas clavo yuniones tipo clavija mediante pernos encolados. Cada uno de
estos casos tiene sus particularidades pero a la vez presentan puntos en común tales como que debe realizarse
una correcta modelización del comportamiento mecánico de la madera, en especial en lo que respecta al mismo
en función de la dirección del esfuerzo en relación a la fibra longitudinal. A su vez en cada uno de los casos esnecesario emplear diferentes metodologías a la hora de preparar el modelo tales como técnicas de unión de
superficies, fundido de nodos, contacto entre superficies, variación de los sistemas de coordenadas locales a lo
largo de las pieza, etc. Además estas técnicas deben utilizarse con elementos de diferentes dimensiones: barras,
superficies y volúmenes. Todo ello hace interesante la presentación deestos casos en conjunto como
demostración de metodologías avanzadas de empleo del método de los elementos finitos a casos reales. Los
resultados de la aplicación de estas técnicas a través de los dos programas antes mencionados combinado con
uno de cálculos matemáticos avanzados como es MATHCAD, multiplica de manera espectacular la posibilidad
de obtener información de una manera rápida ysencilla que permita al diseñador tomar decisiones de
optimización de los diseños.

INTRODUCCIÓN
La madera, como material estructural, no está tan extendido en nuestro país como el acero y el hormigón, pero
ha tenido un auge espectacular en los últimos años, debido a sus ventajas medioambientales y estéticas. Las
nuevas normativas europea [1] y española [2] permiten diseñar sus estructuras.Durante siglos el desarrollo de la tecnología en este campo, como en muchos otros, se ha basado en la
realización de pruebas y ensayos realizados en laboratorios y en el estudio y observación del comportamiento de
las aplicaciones reales. Ambos métodos resultan costosos. En las últimas décadas la aparición de nuevas
herramientas, como el método de los elementos finitos, han permitido conocer larespuesta de estos sistemas de
una manera más veraz, detallada, rápida y barata. El presente artículo muestra de manera resumida la aplicación
combinada de los programas ABAQUS, PHYTON y MATHCAD a varios casos de uniones metal-madera en
estructuras de madera.
La correcta aplicación del método de los elementos finitos a la madera y en concreto a sus uniones, requiere
tener presente los modelosde comportamiento mecánico con los cuales se les van a aproximar. Una de las más
importantes propiedades mecánicas en la madera es la anisotropía y debe tenerse muy en cuenta a la hora de
elaborar estos modelos. Además, madera y acero son dos materiales de comportamientos totalmente distintos [3]
teniendo ambos diferentes capacidades resistivas y módulos de deformación, y en el caso de lamadera
dependiendo además éstos últimos de la dirección en que se midan respecto a la dirección longitudinal de la
fibra.
Junto a todo lo anterior, para aprovechar todo el potencial que los ordenadores y en especial los softwares de

J. G. Fueyo et al. / XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica (2010)

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cálculo de comportamiento mecánico ofrecen hoy en día, deben plantearse estudios...