Frictional Behavior of Chestnut (Castanea sativa Mill.) Sawn Timber for Carpentry and Mechanical Joints in Service Class 2

Abstract

La madera está llamada a convertirse en el material de construcción del futuro. Cuando se gestiona adecuadamente, es un material renovable con propiedades mecánicas únicas; lo que ha llevado al aumento de la demanda de madera de frondosas, incluida la Castanea sativa Mill., objeto de esta investigación, para aplicaciones estructurales. Aunque el Eurocódigo 5-2 ofrece coeficientes de fricción para madera, la información sobre frondosas es limitada. Sin embargo, estos coeficientes desempeñan un papel fundamental en las simulaciones numéricas en las que interviene la fricción, permitiendo la optimización de las uniones y, por extensión, de la integridad estructural global. Por ello, se evaluaron muestras con un contenido de humedad del 15% y 18% (Clase de servicio 2) para varias orientaciones de fricción madera-madera y madera-acero. Los resultados proporcionan una base de datos experimental para las simulaciones numéricas y ponen de relieve la influencia de la humedad en el fenómeno de stick-slip y en el valor de los coeficientes estático y dinámico que al 18% de humedad alcanzaron cifras de 0,70 y 0,48 para madera-madera y de 0,5 y 0,50 para madera-acero. El aumento fue de alrededor del 50% para la fricción madera-madera y de más del 170% para los pares madera-acero. Además, los resultados demostraron la existencia de una relación entre ambos coeficientes y la validez del enfoque de estimación lineal dentro de la humedad del 12-18% aplicada habitualmente a las maderas blandas.

Wood is poised to become a material of choice for future construction. When appropriately managed, it is a renewable material with unique mechanical properties. Thus, there has been a growing demand for hardwoods, including Castanea sativa Mill., the focal point of this investigation, for structural applications. Albeit in a limited capacity, Eurocode 5-2 offers friction coefficients for softwoods, but it falls short for hardwoods. These coefficients play a critical role in numerical simulations involving friction, enabling the optimization of joints and, by extension, the overall structural integrity. Test samples were evaluated at 15% and 18% moisture content (Service Class 2) for various orientations of timber-to-timber and timber-to-steel friction. The results provide an experimental database for numerical simulations and highlight the influence of moisture on the stick–slip phenomenon, which was absent for the timber-to-timber tests, as well as on the rising friction values. At 18%, the static and kinetic coefficients were 0.70 and 0.48 for timber-to-timber and 0.5 and 0.50 for timber-to-steel. The increase was around 50% for timber-to-timber friction and over 170% for timber-to-steel pairs. Moreover, the findings proved a relationship between both coefficients and the validity of the linear estimation approach within the 12–18% moisture commonly applied to softwoods.