Criterios de rotura en miembros de madera

Abstract

Los procedimientos de diseño tienden a simplificar los estados multitensionales de tensión como uniaxiales. Esta simplificación puede no ser adecuada en el caso de materiales ortotrópicos como la madera, uno de cuyos modos de rotura habituales es la tracción perpendicular a la fibra. No es el único inconveniente al analizar la rotura de la madera: sus propiedades resistentes se obtienen a partir de especímenes libres de defectos, y las teorías de rotura aplicadas se derivan de las desarrolladas para materiales compuestos. Pero algunos de estos criterios de rotura, relativamente sencillos, sólo son válidos bajo ciertas condiciones: Norris y Tsai-Hill asumen que las resistencias a tracción y compresión son iguales (lo que no es cierto en el caso de la madera). Otros criterios se basan habitualmente en superficies cuadráticas, y algunas de sus restricciones se derivan de criterios estrictamente geométricos para asegurar una envolvente cerrada. Puesto que estas condiciones no se basan en criterios físicos, parte de ellas puede carecer de sentido. En otros casos, se requiere evaluar un término de interacción, para lo que se requieren numerosos ensayos experimentales. La investigación aquí presentada revisa y compara algunos de los criterios de rotura más comúnmente empleados. Sus predicciones se comparan con los resultados de ensayos biaxiales en madera de abeto libre de defectos. In most cases, design procedures assume uniaxial stress conditions. This assumption may not be adequate for orthotropic materials such as timber. Initial failure mode in lumber is usually tension perpendicular to the grain or axial tension around natural defects such as knots. It is not the only problem when analyzing wood failure: strength properties of lumber have been obtained from clearwood specimens and in-grade testing of full-scale lumber, whereas failure criteria are usually those originally developed for composite materials. Some of the existing failure criteria are relatively easy to use, but prove valid only under special orthotropic conditions. Norris and Tsai-Hill criteria assume the tension and compression strengths to be equal, which is not the case for wood. Other criteria are usually based on quadric surfaces, in which certain constraints are taken strictly from geometrical considerations to achieve a closed envelope. Since these conditions are not defined from a physical stand point, some parts of the resulting curve leads to errors in failure predictions. These quadric criteria also require evaluation of interaction coefficients for bi-axial stress conditions, which demands extensive experimental testing. The proposed paper will review the existing failure criteria. Their predictions will be validated by means of biaxial experimental results on clear spruce wood.