armaduras de madera

ESTRUCTURAS DE MADERA ANEXOS

CONEXIONES DE MADERA

FUENTE:

PÁGINA WEB:

http://www.awc.org/HelpOutreach/eCourses/index.html

Universidad catolica San Pablo FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA


1. FILOSOFIA DE DISEÑO DE CONEXIONES PARA MADERA

COMPRESIÓN PARALELA AL GRANO.- El primer principio sobre las

conexiones de madera, es que la madera trabaja de mejor manera cuando esta

sometida a compresión paralela al grano, ya que este es el modo mas fuerte de la

madera. Esto hace que las conexiones de estructuras de madera sometidas a este

esfuerzo sean muy fáciles de realizar :

COMPRESIÓN PERPENDICULAR AL GRANO.- En las siguientes

ilustraciones se realizan algunas comparaciones. Modelando la naturaleza celular de

madera con un grupo de pajas. Cuando la compresión se aplica, el bulto de paja es

fuerte y conectando los extremos es muy simple. La tensión aplicando también

desarrolla fuerza tensionante considerable en el bulto de paja, pero colgando en los

extremos se vuelve más de un desafío de diseño que una conexión conveniente.

Pero si se aplica carga perpendicular al eje longitudinal de las pajas, las pajas se

aplastan debido a la orientación de alineación radial muy más débil de las paredes

celulares. Esto ilustra la naturaleza del anisotrópica de madera ↔ las propiedades de



fuerza diferentes en tres direcciones diferentes: longitudinal (fuerte), tangencial

(más débil), y radial (más débil).

LA FORMULA DE HANKINSON.- Fórmula que es usada para hallar la fuerza

resistente de la madera, con respecto a cualquier ángulo con relación a la veta.

Muchas conexiones confían en las propiedades de resistencia a la fuerza de la

madera. Cuando nosotros hemos visto, madera tiene propiedades de fuerza

diferentes paralela y perpendicular al grano. La forma de la elipse sombreada en la

siguiente figura relaciona como resultado a la magnitud de fuerza en la madera de

una fuerza aplicada. La resistencia de madera Z a cualquier ángulo al grano puede

computarse usando la Fórmula de Hankinson mostrada aquí, donde P es la fuerza

resistente en compresión paralelo al grano, y Q es la fuerza del cumplimiento

perpendicular al grano.



CARGA DISTRIBUIDA O PUNTUAL?- El segundo principio sobre las

conexiones de madera es que a esa madera se comporta mejor cuando la carga

esta distribuida. La carga concentrada debe evitarse cuando pudiera exceder las

capacidades resistentes de la madera fácilmente. Extendiendo la carga fuera,

aumentando en lo posible el grado de redundancia.

LA SIGUIENTE CONEXION PUEDE SER BUENA?.- Aquí es un ejemplo

interesante de una conexión encontrado en la Biblioteca del Forintek el Canadá

Cuerpo Laboratorio, Vancouver, BC. Los pares de la columna se hacen de 8”x18” x

60 ft , cumplirá con el principio de no utilizar cargas puntuales?...

LO QUE PARECE LA VIOLACIÓN DEL 2º PRINCIPIO NO LO ES.- Lo que

por fuera pareciera que no cumpliera con el principio de distribución de carga, es

resuelto con una combinación diestra de placas de acero ocultos y remaches de



madera que sirven para extender fuera la carga transferida a través de la unión. Las

placas y remaches no pueden ser notados por el observador debajo.

TENSIÓN PERPENDICULAR AL GRANO.- La tercera idea es el eslabón más

débil de madera: la tensión perpendicular al grano. Este fenómeno a menudo lleva a

los fracasos catastróficos súbitos y debe evitarse a toda costa. Conocimiento de

cómo la madera está estando cargada es todos que se necesitan para evitar este

problema. Algunos de los factores que inciden negativamente en el desarrollo de

fallas en este tipo de elementos son: las muescas (entalladuras o hendiduras), los

pernos de diámetros grandes, y las cargas colgadas o suspendidas.



MUESCAS EN LAS ESQUINAS DE MIEMBROS APOYADOS.- Las muescas

en los apoyos, como las mostradas en la siguiente figura pueden llevar a una

combinación de tensión perpendicular formar grano y tensiones de esquina

horizontales que producen la rajadura horizontal, como las mostradas. La solución

mejor es en absoluto no realizar la muesca.

SOPORTE COLGANTE DE UNA VIGA.- A continuación se muestra la manera

mala y buena manera de diseñar un soporte colgante para una viga. Este soporte

debe llegar mas allá de la mitad superior de la viga, para que exista la “compresión”

necesaria para soportar una carga colgante; pero una solución mejor seria talvez en

envolver toda la altura de la viga con un soporte para la carga colgada.

UNIONES DE VIGAS CON ELEMENTOS DE CONCRETO.- Un problema

común es que para la unión de vigas con elementos de concreto se realicen muescas


PROBLEMA: SOLUCIÓN :

rajadura

carga carga


para su colocado. Esto es un error, y genera fisuras o rajaduras de tensión; a

continuación se muestran la manera mala y buena de ejecutar la unión:

UNIONES DE VIGAS INCLINADAS CON ELEMENTOS DE CONCRETO.-

Cuando se realizan muescas para realizar la unión de la viga inclinada con el

concreto, la viga no esta totalmente apoyada , lo que origina grietas o rajaduras de

tensión, y aberturas o separaciones de la madera al final de la veta. A continuación

se muestran la manera mala y buena de ejecutar la unión:

CONDICIONES MEDIO AMBIENTALES.- Una cuarta idea simplemente es

ese movimiento de la madera en contestación a las condiciones medioambientales


rajadura


variando junto a los otros materiales del edificio. El factor principal para la madera

es la humedad (debido a que la madera es un material higroscópico). Deben hacerse

concesiones acomodar este movimiento, particularmente en conexiones.

TIPO DE CONECTOR A ELEGIR.- La quinta idea se refiere a la selección de

conectores propiamente para hacer el trabajo. En conexiones, la decisión es

típicamente la prueba la habilidad del diseñador para llegar a la solución estética

segura y económica. La opción del sistema de conectores es crítica a la ductilidad

de la conexión, fuerza, y actuación en servicio.

CONECTORES MECÁNICOS.- Un punto importante en opción del conector es

de que tamaño y cuantos deben entrar en la unión. Se debe Recordar que la madera



trabaja mejor cuando la carga está extendida; por lo que muchos conectores son una

buena idea. A menudo, esto impondrá automáticamente que el tamaño de los

conectores sea pequeño.

FUERZA Y DUCTILIDAD DE LAS CONEXIONES.- La fuerza y ductilidad, lo

que se necesita para realizar buenas conexiones sólidas. Se entiende conducta de

fuerza por muchas conexiones, pero la ductilidad es más sutil y a veces difícil

evaluar. La buena ductilidad asegura, advirtiendo y previniendo sobre cargas

laterales como sismos o viento, que podrían hacer colapsar la estructura. Lo que se

desea es un intermedio, o sea que la unión tenga un balance entre fuerza y

ductilidad.

2. CONDICIONES DE SERVICIO DE LAS CONEXIONES


DESPLAZAMIENTO

CARGA


En servicio, la estructura esta en interacción con el ambiente, y esta influenciada por una

serie de factores como la temperatura, la humedad, el contacto con otros elementos

cementados, etc. El cambio de temperatura diario no tiene mucha importancia para dañar la

vida de una conexión, sin embargo el cambio extremo pueden, sobre todo si hay mucho

material metálico en la conexión. El metal y madera tienen coeficientes de la expansión

termales muy diferentes, y esta diferencia puede causar un poco de problemas si no se han

tenido en cuenta para las condiciones extremas. Es más, madera y metal responden muy

diferentemente a ganancia y pérdida de humedad que también puede llevar a conducta

interesante.

CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO.- Es el contenido de humedad

que alcanza la madera en condiciones estables de humedad relativa y temperatura; y

se denota como EMC. En otros países como Estados Unidos se tienen mapas o

tablas del valor de EMC para maderas para todo el país, variando de región con

región. Los cambios de EMC son mas notorios en climas húmedos que en climas

secos. Los cambios en EMC se traducen en los problemas como cambio

dimensional. Para asegurar estabilidad de la conexión, es importante atar los

materiales durante la construcción al EMC que ellos tendrán en servicio. En la

siguiente tabla se da alguna guía en la instalación típica y su respectivo EMC.

(Tabla valida en de los Estados Unidos).



PROTECCIÓN CONTRA EL INGRESO DEL AGUA.- El agua es absorbida

mas rápidamente a través de los extremos donde termina la veta del miembro de

madera. Este proceso no tarda muchos ciclos para que comiencen a crearse

rajaduras que son muy evidentes. Lo que se debe hacer es primeramente proteger

estos extremos de la madera (a través de elementos de metal o goma), y luego

desviar al agua de la conexión a través de canaletas u otro tipo de drenaje pluvial. A

continuación se muestra una estructura no protegida y otra protegida.


Extremos no protegidos, formación de rajaduras

Agua correctamente evacuada a través de canaletas

Extremos protegidos


UNION VIGA COLUMNA.- A veces se piensa que lo mejor para una unión de

éste tipo es se debe poner una placa de acero que une la viga con la columna y que

esta cubra toda la altura de la viga; esto también es mas sencillo de construir. Pero

no se le deja a la madera a que pueda sufrir cambios dimensionales debido a las

condiciones ambientales, por lo que se generan rajaduras y encogimientos de la

madera; se dice que hay que dejar “respirar” a la madera. La alternativa correcta es

realizar placas mas pequeñas que transmitan las fuerzas, y que permitan o no

interfieran con los movimientos naturales de la madera. A continuación se muestra

la manera incorrecta y correcta de realizar la unión:

UNION VIGA MURO.- Al igual que el anterior caso, la suspensión de la viga en

su extremo, produce problemas cuando la placa de acero esta en casi la totalidad de

la altura de la viga. Las suspensiones profundas de la viga que tienen sujetadores

instalados en las placas laterales hacia la parte superior de la viga apoyada, pueden

promover fracturas o rajaduras en el grupo del sujetador, encogimiento de madera

del miembro y levantar del fondo de la suspensión de la viga; todo esto porque no se



le deja deformarse libremente a la madera. ¡Este detalle mostrado a continuación

NO SE RECOMIENDA!

UNION VIGA MURO.- Como alternativa al detalle anterior, lo que se debe

realizar es recortar la placa de acero, y que solo llegue hasta la mitad o un poco mas

de la altura de la viga, y colocar los pernos en la parte inferior; esto permite el

cambio dimensional de la madera sin restricción. A continuación se muestra el

detalle correcto:



UNION VIGA CON VIGA.- En el siguiente grafico se muestra una viga

suspendida de otra viga, y debido a que la placa de acero cubre casi con totalidad la

altura de la viga, y los pernos se encuentran en la parte superior de la viga, se

producen rajaduras y contracción o acortamiento de la madera.

UNION VIGA CON VIGA.- Una solución para el anterior detalle seria recortar la

plancha y colocar pernos solo en la parte inferior de la viga y que el borde de la

compresión de la viga todavía esté apoyado lateralmente, pero no se utilice ningún

perno en la parte superior.


rajadura


UNION VIGA CON VIGA.- Un tipo común de unión de estos elementos son las

suspensiones “Cara-montada”. En la ensambladura CRUZADA una atención

especial se requiere la longitud de la penetración del sujetador en la viga (evitar

interferencia del otro lado). El tipo de conectores que se utiliza por lo general en

esta unión son los clavos o remaches.

UNION VIGA CON VIGA.- El siguiente tipo de unión incluye un soporte

soldado en una ensambladura cruzada. El conector usado en este tipo de unión es

un perno en cada carga de la ensambladura.


Soporte soldado


UNION VIGA CON VIGA (MIEMBROS DE CANTO GRANDE).- Los

miembros de altura grande pueden ser apoyados por las suspensiones bastante bajas.

En la siguiente figura mediante apernado con las placas laterales. Las pequeñas

planchas colocadas en la parte superior se utilizan para prevenir la rotación de la

parte superior de la viga suspendida. Se debe observar que no se emperna la viga

suspendida, porque la otra viga desarrollaría rajaduras o debido a que no se la

dejaría deformar libremente.

UNION VIGA CON VIGA (CONEXIONES DISIMULADAS).-. A

continuación se muestra este tipo de unión; que consiste en la inserción de una placa

de acero y un perno dentro de la viga suspendida, y que está soldada con las placas

externas. El perno que se coloca puede ser levemente más estrecho que la viga

suspendida, permitiendo tapar de los agujeros después de que el perno esté

instalado. Se debe apreciar que el corte en la viga suspendida debe acomodar no

solamente la anchura de la placa de acero, pero también la anchura creciente en las

ranuras soldadas en la unión de la placa. Este diseño ayuda a resistir al fuego,



porque evita que el metal que esta debajo de la capa de madera se recaliente y entre

en un estado plástico durante un acontecimiento del fuego.

UNIÓN DE VIGAS CON CONCRETO.- Otro transmisor de humedad, y que es

muy frecuente en las uniones con elementos de madera son los materiales

cementados. Estos materiales abrigan la humedad dentro de su matriz material y la

transfieren a otros materiales en contacto. La madera se debe separar siempre de

estos tipos de materiales, separándolos con otros materiales(como acero), caso

contrario podría conducir al deterioro temprano de la madera. A continuación se

muestran una serie de detalles bien realizados:


Viga apoyada en repisa


VIGAS APOYADAS EN MAMPOSTERÍA.- Se deben tomar previsiones

similares que con el concreto, pero la madera debe estar distanciada de la

mampostería como mínimo con ½”, para que pase el aire. A continuación se

muestran algunos ejemplos:


Viga apoyada en placa o muro


UNIÓN DE COLUMNA EN SU BASE.- Esta es la parte de la estructura en que

la madera se encuentra más expuesta a la humedad, y debe tenerse mucho cuidado

en su diseño. La experiencia ha demostrado que los detalles en los que se “envasa”

con un zapato de acero no ha dado buenos resultados, debido a que la humedad no

se pudo evacuar, quedando atrapada, y haciendo que el miembro se deteriore

rápidamente. Por lo que este estilo “cúbico no se recomienda”.

UNIÓN DE COLUMNA EN SU BASE .- Las uniones recomendadas de una

columna con su base, se muestran a continuación:



UNIÓN DE ARCO EN SU BASEPara tramos muy largos u otros casos como arcos en los que debe aceptarse grandes

rotaciones, se necesitará una conexión tipo bisagra, debe asegurarse que la base de la

conexión pueda evacuar la humedad, estas conexiones tienen un zapata de acero muy

estrecho.



UNIÓN DE LA BASE DEL ARCO AL APOYO

La bisagra debe permitir una aireación adecuada y drenaje del agua correcto en la

madera.

UNIÓN DE LA BASE DEL ARCO AL APOYO

Uno podría pensar que ésta solución trabaja bien, sin embargo al permitir el contacto de

la madera con charcos de agua no se estaría consiguiendo su mejor comportamiento.



La mejor solución consiste en inclinar la superficie de contacto para así evitar la

formación de charcos de agua cerca de la madera.

Notar en el anterior detalle que la tapa se encuentra al filo de la parte superior de la

viga, para evitar de esta manera que la sección de madera absorba el agua de lluvia y

direccionar ésta lejos de la madera. La base de la conexión esta totalmente abierta.



COLOCACIÓN CORRECTA DE LOS CLAVOS

El hundimiento de los clavos reduce el desempeño de estos, será necesaria una revisión

en campo para asegurar el correcto funcionamiento al que fueron destinados.

PERNOS

Las conexiones apernadas son atractivas, ya sea que tengan dispositivos ocultos o

expuestos. Una consideración frecuentemente olvidada, es la de dar suficiente espacio

para instalar y apretar los pernos y las tuercas. Especialmente en las uniones con

ángulos cerrados y cuando se encuentran muy cercanos a otros miembros.



Se recomienda que los pernos y otros dispositivos de unión no tengan nunca diámetros

mayores a 1 pulgada. Estudios han demostrado que los pernos con diámetros mayores a

1 pulgada tienen la capacidad de introducir grandes esfuerzos de tensión en el hueco del

perno, que posteriormente inducirán fisuras en la madera.


armaduras de madera

Documents