Friction coefficients of chestnut (Castanea sativa Mill.) sawn timber for numerical simulation of timber joints

Abstract

Este estudio se centra en las características de fricción de la madera aserrada de castaño (Castanea sativa Mill.) de origen español. Se determinaron los valores de los coeficientes de fricción tanto estáticos como dinámicos, ya que este conocimiento es de interés para la simulación numérica de la transmisión de esfuerzos en uniones de estructuras de madera. Para ello, se realizaron dos series de ensayos combinando diferentes orientaciones ortotrópicas. En primer lugar, se evaluaron ensayos madera-madera para obtener los coeficientes aplicables a uniones de carpintería; en segundo lugar, también se evaluó la fricción madera-acero para determinar los coeficientes necesarios para uniones mecánicas con placas y espigas metálicas. Los resultados presentaron un comportamiento de la fricción similar al convencional, es decir, un valor estático máximo antes del deslizamiento y una disminución posterior. Para los ensayos madera-madera, se encontraron valores medios globales de μs = 0,47 y μk = 0,36, y los resultados fueron ligeramente superiores a los obtenidos entre piezas con la misma orientación ortotrópica y dirección de deslizamiento. En cuanto a los ensayos madera-acero, los coeficientes de fricción resultantes, así como la diferencia existente entre los valores estáticos y dinámicos fueron menores (μs = 0,19 y μk = 0,17) en comparación con los conjuntos madera-madera. La utilización de estos resultados en estudios numéricos permitirá realizar simulaciones más ajustadas en las que la madera de castaño interviene en la fricción. Además, los valores aquí proporcionados podrán incluirse como nuevos datos en normas que ya consideran otras especies de madera.

This study focuses on the friction characteristics of chestnut sawn timber (Castanea sativa Mill.) of Spanish origin. The values of both the static and dynamic friction coefficients were determined, as this knowledge is of interest for the numerical simulation of the stress transmission in joints of timber structures. Therefore, two sets of tests were carried out combining different orthotropic orientations. Firstly, timber-to-timber tests were assessed to obtain the coefficients applicable to carpentry joints; secondly, timber-to-steel friction was also evaluated to determine the coefficients needed for mechanical joints with metal plates and dowels. The results presented a conventional behavior of friction, i.e., a maximum static value before sliding and a subsequent decrease. For timber-to-timber tests, global mean values of μs = 0.47 and μk = 0.36 were found, and the results were slightly higher than those obtained between pieces with the same orthotropic orientation and sliding direction. Regarding timber-to-steel tests, the resulting friction coefficients, as well as the difference existing between the static and dynamic values were lower (μs = 0.19 and μk = 0.17) compared to the timber-to-timber sets. The use of these results in numerical studies would allow for closer simulations in which chestnut wood is involved in friction. In addition, the values provided herein could be included as new data in standards that already consider other wood species.