Muy a menudo nos encontramos con el problema de la compresión perpendicular en las vigas de madera, debido a que se rehabilitan muchos edificios antiguos mediante forjados colaborantes hormigón-madera, para aumentar la inercia de los forjados, o porque se realizan rellenos para para conseguir nivelar suelos, etc. Esto supone un aumento de las cargas considerable, para las que la madera no resulta apropiada.
La compresión perpendicular produce un aplastamiento de las fibras en la madera debido a una concentración de cargas (tensión uniforme) en una superficie pequeña.
En la construcción tradicional se empleaban unas piezas de transición conocidas como capitel o zapata.
Sin embargo, los capiteles se colocaban para facilitar el apoyo de las vigas, más que para la comprensión perpendicular, ya que solía ser de la misma madera que el resto de la estructura, y si no era suficiente el apoyo para soportar la compresión perpendicular en la viga, el capitel sufriría igual que la viga en el apoyo con el pilar.
En algunos casos de construcción tradicional, como en un edificio de finales del s. XIX que hemos analizado recientemente en el ensanche de Bilbao, nos encontramos con capiteles de madera frondosa, mientras que la estructura de suelo era de madera conífera. En este caso, los capiteles al ser de una madera más resistentes sí solucionaban el problema de la compresión perpendicular.
Las soluciones tradicionales funcionan porque la madera es un material con una densidad baja y pesa poco. Sin embargo, cuando las cargas aumentan debido a nuevos sistemas constructivos (colaborante hormigón-madera, rellenos, etc.) la pieza del capitel, incluso siendo de una madera de mayor dureza, deja de tener sentido.
Comprobación de la compresión perpendicular
La superficie de contacto necesaria que hay que tener para no tener problemas de compresión perpendicular se deduce a través de la siguiente comprobación, extraída del CTE DB SE-M, en su artículo 6.1.5:
Siendo:
hay que tener en cuenta que el CTE considera un área eficaz superior que el área real de contacto porque considera el efecto de ayuda de las fibras de la zona no comprimida.
Además, hay que considerar que Kc90, es un factor que tiene en cuenta la distribución de la carga, la posibilidad de hienda y la deformación máxima por compresión perpendicular. Este factor varía su valor según el caso en el que nos encontremos:
Kc90 =1,0 salvo que sean de aplicación las condiciones definidas en los párrafos siguientes:
En el caso de durmientes (apoyo continuo / ver figura 6.2.a), siempre que l1 > 2h:
- Kc90 =1,25 , para madera maciza de coníferas
- Kc90 =1,5 , para madera laminada encolada de coníferas
En el caso de piezas sobre apoyos aislados (ver figura 6.2.b), siempre que l1 > 2h:
- Kc90 =1,5, para madera maciza de coníferas
- Kc90 =1,75, para madera laminada encolada de coníferas siempre que l < 400mm, donde h es el canto de la pieza y l es la longitud de contacto.
Como se puede observar, hay mucha diferencia de valor de este coeficiente corrector de un caso a otro, según el CTE DB_SE-M , artículo 6.1.5, pero aún no se ha resulto cual es la situación en casos intermedios o cercanos al límite.
Funciones del capitel o zapata
El capitel o zapata, cumple una función más compleja de lo que parece, por las siguientes razones:
- Se trata de una pieza de transición que permite el relevo de la viga (viga-viga y viga-pilar),
- Facilita el apoyo de la viga, al ampliar el área de contacto
- Reduce la compresión en la cara inferior de la viga (aunque no en la cara superior ni en la propia zapata),
- Permite cierto grado de empotramiento de la viga sobre el apoyo.
Sin embargo, la cuantificación de estos factores no es suficientemente completa ni está del todo clara en la normativa -tal y como se ha señalado antes, entre otras cosas- y por lo tanto, se podría profundizar más en estos aspectos del funcionamiento de las estructuras de madera.
Posibles soluciones al problema de la compresión perpendicular
Existen varias opciones. Algunas más sencillas, y otras algo más tecnológicas. Por ejemplo, plantear un capitel con las fibras en perpendicular a la viga, podría ser factible, pero también podría tener problemas de similar magnitud. En lugar de trabajar las fibras a compresión perpendicular, trabajarían a cortante, y la resistencia de la madera a cortante suele tener un orden de magnitud similar al de la resistencia a compresión perpendicular.
Actualmente también se realizan las siguientes soluciones para evitar el problema de la compresión perpendicular:
Ampliar la sección de pilar
Una solución a este problema es ampliar la superficie del pilar, de esta manera la carga pasa directamente por el pilar y no “aplasta” a la viga, quedando la viga apoyada en el pilar, y existiendo una pieza de transición por axil entre pilar y pilar . Como se puede observar en esta imagen.
Utilizar tornillería
Solucionar la transferencia de cargar mediante tornillería, colaborando con la madera (sea absorbiendo total o parcialmente la carga).
Utilizar un capitel o zapata de madera más resistente
Tal y como se ha desarrollado antes en este mismo post.
Emplear otros materiales en el apoyo
Es el recurso más habitual hoy en día para forjados colaborantes. Lo que se hace es utilizar placas de acero en el apoyo que transmitan la carga al pilar.
