Conceptos básicos del detalle de conexiones de madera laminada

Dec 04, 2023

APA: la Engineered Wood Association ofrece orientación sobre el diseño de conexiones de madera laminada eficientes, duraderas y estructuralmente sólidas. Descubra errores comunes y siete mejores prácticas para agregar a su caja de herramientas.

La resistencia de la madera depende de la dirección de la veta. El término técnico para esta variación es "ortotrópico", lo que significa tener diferentes resistencias en tres planos perpendiculares entre sí. La veta de la madera es fuerte en la dirección longitudinal. Piense en las estrechas columnas de madera utilizadas para soportar vigas y vigas de techo mucho más grandes como un ejemplo clásico de esta resistencia longitudinal. Sin embargo, la madera no es tan fuerte cuando se carga perpendicularmente a la fibra. La dirección opuesta al crecimiento vertical del tronco de un árbol es la más débil de la madera. Demasiada tensión perpendicular a la veta separa las fibras de la madera y puede provocar fallas catastróficas. Las muescas, los sujetadores mal colocados y las cargas colgantes pueden contribuir a este tipo de falla. Por otro lado, los diseños estructurales que aprovechan la resistencia longitudinal de la madera y evitan tensiones transversales son eficientes, atractivos y más resistentes.

Los detalles de conexión adecuados son fundamentales para el rendimiento estructural y la capacidad de servicio de cualquier estructura con estructura de madera. Si bien esto es cierto tanto para las maderas macizas aserradas como para las laminadas encoladas (laminadas), los tamaños más grandes y las luces más largas que son posibles con los componentes de la laminada hacen que el detalle adecuado de las conexiones sea aún más crítico. Es vital considerar cuidadosamente las características de expansión y contracción de la madera relacionadas con la humedad al detallar las conexiones para evitar que se induzcan tensiones perpendiculares a las fibras. Las conexiones deben diseñarse para transferir cargas de diseño hacia y desde un miembro estructural sin causar concentraciones de tensión localizadas, que pueden iniciar fallas en la conexión.

Para que duren, las conexiones exteriores deben estar adecuadamente ventiladas y drenadas. Evite dejar la madera en contacto directo con el hormigón, la mampostería o la lechada, que son porosos y absorben la humedad. También es fundamental detallar las conexiones para aislar todos los miembros de la madera de posibles fuentes de humedad excesiva y ventilar para permitir que la madera se seque. Dado que la madera se expande en ambientes húmedos o húmedos y se contrae en ambientes secos, es importante diseñar conexiones que permitan estos movimientos. Las conexiones que no se detallan correctamente para la contracción de la madera pueden causar roturas. Detallar las conexiones con orificios ranurados permite el movimiento de la madera sin causar tensiones perpendiculares a la veta que puedan causar que la madera se parta. La contracción de la madera también puede provocar conexiones sueltas que pueden alterar la ruta de carga prevista, mientras que la hinchazón puede deformar los herrajes de conexión. Los buenos detalles de conexión de la madera permiten estas tendencias naturales.

Si bien la expansión en la dirección paralela a la veta en un miembro de madera es mínima, el cambio dimensional en la dirección perpendicular a la veta puede ser significativo y debe considerarse en el diseño y detalle de la conexión. Una viga de 24 pulgadas de profundidad puede disminuir su profundidad debido a la contracción en aproximadamente 1/8 de pulgada a medida que cambia del 12% al 8% en el contenido de humedad en equilibrio. Al diseñar conexiones para miembros de madera laminada, es importante diseñar y detallar la conexión de manera que la contracción del miembro no esté restringida. Si está restringida, la contracción de la viga puede causar que se desarrollen tensiones perpendiculares a la fibra en el miembro en la conexión. Si estas tensiones exceden la capacidad del miembro, pueden causar que la madera laminada se parta paralelamente a la fibra. Una vez que se ha producido una falla por rotura de tensión en un miembro, su capacidad de corte y flexión se reducen considerablemente.

Además de las fallas por tensión perpendicular a la fibra inducidas por la humedad discutidas anteriormente, fallas similares pueden resultar de una serie de detalles de diseño de conexión diferentes e incorrectos. Las muescas inadecuadas en las vigas, la carga excéntrica (fuera del plano) de las conexiones de la armadura y la carga de las vigas desde el lado de tensión pueden inducir momentos internos y tensiones de tensión perpendiculares a la fibra.

Como la mayoría de las conexiones ocurren en los extremos de las vigas donde la veta de la madera está expuesta, es fundamental que estas conexiones se detallen para evitar la acumulación de humedad. Por lo general, esto se puede lograr detallando conexiones que permitan drenar la humedad. Estos detalles incluyen orificios o ranuras en conectores tipo caja o conexiones de extremo abierto, y manteniendo un espacio de al menos 1/2 pulgada entre la madera y el concreto o la construcción de mampostería. Debido a que la mayoría de las conexiones requieren la exposición de la fibra del extremo debido a la penetración del sujetador, incluso aquellas conexiones que ocurren lejos de los extremos de las vigas deben considerarse lugares potenciales de deterioro. Los estudios de campo han demostrado que cualquier conector o parte de conector metálico que se coloque en la “zona fría” del edificio (esa área fuera de la envoltura aislante del edificio) puede convertirse en puntos de condensación de la humedad ambiental. Esta humedad tiene fácil acceso al interior de la viga a través de sujetadores y la fibra del extremo expuesta.

A menudo se dice que muchas manos hacen el trabajo ligero. Lo mismo puede decirse de las conexiones. Es mejor utilizar varios sujetadores pequeños en lugar de uno grande. Concentrar cargas a través de una única conexión puede sobrecargar la capacidad de la madera. En lugar de crear una carga concentrada usando un perno de gran diámetro, puede ser mejor distribuir la carga usando muchos sujetadores pequeños para proporcionar redundancia y una carga reducida en cada sujetador.

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