Conexiones críticas para construir fuerza

Muchos edificios agrícolas modernos construidos con marcos de madera están cubiertos por una piel o revestimiento de láminas de metal acanalado. La fuerza combinada de la estructura y la piel de metal contribuye a la economía de ese tipo de edificio.

Muchos edificios agrícolas modernos construidos con marcos de madera están cubiertos por una piel o revestimiento de láminas de metal acanalado. La fuerza combinada de la estructura y la piel de metal contribuye a la economía de ese tipo de edificio. Algunos elementos estructurales primarios, como las cerchas de madera o los postes de madera laminada, están prefabricados. La mayoría de las conexiones entre los miembros estructurales primarios, los miembros estructurales secundarios y el revestimiento del edificio se realizan en el campo, pero son fundamentales para la resistencia del edificio ensamblado. La atención a esas conexiones en el diseño, la construcción y el mantenimiento mejorará la resistencia y la longevidad del edificio.

Cargas aplicadas

necesita resistencia Cuando los edificios están sujetos al viento, la nieve y las cargas muertas del peso del material de construcción, las fuerzas resultantes deben ser transferidas al suelo oa los cimientos por los miembros del edificio. Los diseñadores pueden referirse a la transferencia de fuerzas como la creación de una ruta de carga continua al suelo. La nieve y las cargas muertas generan cargas verticales hacia abajo en los miembros del edificio. Las cargas inducidas por el viento pueden generar fuerzas hacia abajo, hacia arriba y horizontales en los elementos del edificio.

El movimiento (como deflexión, inclinación, balanceo o inclinación) del edificio debido a esas fuerzas aplicadas debe ser resistido por la rigidez del edificio. En los edificios con armazón revestido de metal, la rigidez general es una combinación de la rigidez del armazón y la rigidez proporcionada por la piel metálica.

Llevar las cargas de construcción aplicadas de manera segura al suelo requiere sujetadores diseñados e instalados en el campo correctamente en las conexiones críticas del edificio.

Publicar incrustación– Cuando los postes de construcción se colocan en el suelo, la profundidad de empotramiento y el tipo y las condiciones del suelo circundante determinan la resistencia proporcionada para evitar que el poste se salga del suelo o se incline hacia un lado. Los suelos con más arena o grava proporcionan una mayor resistencia a la carga que aquellos con predominantemente limo o arcilla. Los suelos no perturbados proporcionan más resistencia que el material de relleno. El soporte proporcionado al poste mediante la conexión a un piso rígido del edificio puede brindar resistencia lateral y de levantamiento adicional. Los cimientos de los postes deben tener el tamaño adecuado y descansar sobre suelo intacto en lugar de relleno o material suelto. Confirme que todos los aspectos del empotramiento posterior y la resistencia del suelo cumplan con el diseño del edificio.

Fijación post-cimentación– Cuando los postes se unen a la parte superior de una cimentación, la conexión debe resistir el levantamiento del viento junto con las fuerzas horizontales del viento y las fuerzas de flexión en el poste. Esas conexiones deben incluir placas de acero incrustadas en los cimientos de concreto que se extiendan una distancia adecuada hacia arriba del costado del poste, o una placa base de diseño adecuado atornillada a anclajes incrustados en el concreto. Tanto el empotramiento de los conectores en el concreto como la fijación de los conectores al poste son críticos en el diseño y función de esas conexiones. Asegúrese de que los anclajes estén colocados correctamente a medida que se instalan los cimientos y que todas las conexiones al poste se realicen según lo especificado en el diseño.

Figura 2. Fijación del poste a la cimentación

Fijación de la pared de postes a los cimientos– Cuando la estructura de pared de montantes está conectada a una base, la conexión debe resistir el levantamiento del viento junto con las fuerzas horizontales del viento. Ese tipo de conexión no puede resistir las fuerzas de flexión, por lo que la pared y la inclinación del edificio deben resistirse por otros medios.

Los clavos o tornillos clavados en la veta del extremo de los postes de madera tienen una resistencia mínima a la extracción, que no se tiene en cuenta en el diseño del edificio. La resistencia al levantamiento debe ser proporcionada por correas de metal (llamadas placas de unión, bridas para postes o abrazaderas para huracanes) que se sujetan con clavos o tornillos al lado del poste y al borde de la placa base o cimiento. O superponga los materiales de revestimiento o revestimiento sobre la placa base y conéctelos de forma segura tanto a los montantes como a la placa base. Siga las recomendaciones del fabricante para los sujetadores necesarios para las placas de unión de metal y las especificaciones del diseñador del edificio para la fijación del revestimiento o revestimiento a la placa.

Cuando la placa base proporciona la conexión estructural entre el armazón de la pared y los cimientos, debe sujetarse firmemente a los cimientos con anclajes incrustados en el concreto. Siga las especificaciones de diseño del edificio para la longitud, el tamaño y el espaciado de los anclajes. Asegúrese de que la placa base esté protegida contra daños por humedad que pueden debilitar la capacidad de la madera para sujetar los sujetadores requeridos. Supervise la placa base y el revestimiento o revestimiento adjunto para detectar signos de daños por humedad, oxidación y deterioro de los sujetadores.

Fijación de truss a pared– Las fuerzas que actúan sobre el techo del edificio se transfieren a las cerchas del techo y de las cerchas a los postes del edificio o al marco de la pared. La conexión debe resistir la nieve hacia abajo y las cargas muertas junto con el levantamiento del viento y las fuerzas horizontales. Se debe proporcionar un área de apoyo adecuada entre la armadura y la pared para transportar nieve y cargas muertas. El área de apoyo generalmente se proporciona apoyando el talón de la armadura directamente sobre la placa de pared o sobre una muesca en el poste. Si las armaduras descansan sobre bloques de apoyo unidos al costado de un poste, debe haber suficientes sujetadores para transportar la carga completa desde el bloque hasta el poste, siguiendo las especificaciones de diseño.

Figura 3. Fijación de viga a pared–Un bloque de soporte de armadura ilustra una conexión de tres clavos probablemente inadecuada a un poste.

Figura 4. Fijación de viga a pared–rodilleras

Las fuerzas de viento horizontales y ascendentes deben transmitirse desde la armadura hasta el muro. El clavado de punta, común en la construcción de casas y garajes, no es adecuado para llevar esas cargas. Se requieren pernos o placas de unión de metal para transportar las cargas. Los conectores deben amarrar la armadura al poste o montantes en lugar de a la placa superior, a menos que la placa superior también esté conectada a los montantes con conectores de carga especificados en el diseño.

En edificios con estructura de poste, la conexión también puede llevar fuerzas de flexión desde el poste hasta la armadura. La transferencia de la fuerza de flexión se puede llevar a cabo a través de rodilleras diagonales en la conexión de la armadura al poste, o mediante pernos a través de la armadura y el poste con una armadura de tacón profundo especialmente diseñada. Siga de cerca las especificaciones de diseño para las conexiones de rodilleras y las conexiones de vigas de talón profundo. No permita la modificación en el campo ni la omisión de rodilleras o conexiones de vigas sin la aprobación expresa del diseñador del edificio.

Fijación de correas de techo– Las fuerzas de levantamiento del viento aplicadas a los materiales del techo se transfieren a las cerchas a través de las correas del techo. Cuando las correas se clavan en la parte superior de la armadura, los sujetadores deben proporcionar una profundidad de empotramiento y un tamaño adecuados para resistir la extracción de la armadura. Es probable que el clavado de los pies no sea adecuado. Es posible que se requieran clavos o tornillos tipo granero de vástago anillado especiales. Las correas de amarre de metal brindan resistencia adicional al levantamiento. Cuando las correas se cuelgan entre las cerchas en soportes colgantes de metal, se requieren sujetadores adecuados tanto en los extremos de las correas como en la cercha. Los aumentos en las cargas de viento alrededor del borde del techo se suman a los requisitos de sujetadores en los bordes de las secciones del techo.

Figura 5. Fijación de la correa del techo–Se muestra el clavado de la correa con un empotramiento inadecuado del clavo.

Figura 6. Fijación de la correa del techo–Placas de amarre o correas de metal

Arriostramiento de viento diagonal– Los marcos de construcción ensamblados en patrones rectangulares, como paredes de montantes y vigas de techo con correas, requieren refuerzos para evitar el trasiego, inclinando o torciendo los rectángulos en forma de diamante. La piel de acero del edificio puede proporcionar gran parte del efecto de arriostramiento diagonal, pero, especialmente durante la construcción, es posible que se requiera un arriostramiento de marco diagonal. Ese arriostramiento puede ser temporal o puede estar permanentemente incluido en la estructura.

Asegúrese de que los refuerzos diagonales estén instalados de acuerdo con las especificaciones de diseño. No corte ni omita arriostramientos diagonales para puertas, ventanas o equipos sin la aprobación del diseñador del edificio. Las conexiones en los extremos del arriostramiento diagonal son particularmente importantes para la función del arriostramiento. Asegúrese de que las conexiones a postes, placas o cimientos estén correctamente instaladas y protegidas contra daños por humedad. Cuando el arriostramiento lleva cargas de compresión (apretando a lo largo), es posible que se requiera un arriostramiento lateral del elemento para evitar el pandeo lateral. Siga las especificaciones de diseño.

Accesorio para láminas de metal– Las láminas de metal del edificio deben soportar las cargas del viento y la nieve en el armazón estructural. Las fuerzas de viento hacia arriba y hacia afuera, junto con las fuerzas de arriostramiento diagonal inducidas, son factores de diseño significativos para las conexiones de láminas.

La resistencia a la fuerza hacia arriba y hacia afuera requiere un espaciado de sujetadores y una profundidad de empotramiento adecuados. Siga las especificaciones de diseño. Si los sujetadores de tornillos están demasiado apretados y desgastan las roscas, reemplácelos con sujetadores más largos, o muévase a una nueva ubicación de sujetadores y selle el orificio del tornillo desgastado. Las fuerzas de levantamiento del viento son mayores en los bordes de las superficies del techo y las paredes debido tanto al movimiento del viento alrededor de las esquinas como a la carga en los voladizos del techo, cuando está presente. Los sujetadores adicionales (espaciamiento más estrecho entre sujetadores) están justificados en esas zonas de borde. En general, se supone que las zonas de borde de mayor presión del viento tienen al menos 3 pies de ancho desde el borde del techo o la sección de la pared.

Como se mencionó en la sección sobre el arriostramiento diagonal contra el viento, la lámina de acero del edificio también puede proporcionar resistencia a las fuerzas del viento que provocarían el desmoronamiento del marco del edificio. La chapa metálica adosada a la estructura forma un diafragma rígido que proporciona resistencia al trasiego. Al resistir las estanterías, se crean fuerzas de corte en las conexiones entre las láminas de acero y entre las láminas y la estructura. Esas fuerzas son mayores alrededor de los bordes de cada diafragma, es decir, alrededor del borde de cada pared individual o sección del techo. Esas fuerzas de diafragma adicionales agregan carga a las conexiones entre la lámina de acero y la estructura subyacente, y entre esa estructura y las armaduras, postes o cimientos.

Las investigaciones de fallas en la construcción apuntan con frecuencia a fallas en las conexiones alrededor de los bordes de la superficie del techo como el punto de inicio de la falla estructural. La Figura 7 muestra paneles de techo que se han despegado del borde del techo como resultado de una resistencia inadecuada de las conexiones en el borde del techo. La figura 8 muestra una sección del techo (láminas y correas del techo) separada del marco de un edificio por las fuerzas del viento. Tenga en cuenta que el revestimiento permaneció adherido a las correas, pero las correas no estaban conectadas adecuadamente a las cerchas.

Figura 7. Fijación de láminas de metal: la falla de la carga de viento del edificio ocurre en el borde del techo.

Figura 8. Fijación de láminas de metal: el viento separa una sección del techo de la estructura de un edificio.

Inspección de conexiones– La inspección durante y después de la construcción debe verificar que las conexiones en las ubicaciones críticas se hayan instalado correctamente. Verifique con los planos de construcción que se instalaron el tamaño y la cantidad adecuados de conectores. Verifique el tamaño de los tornillos o clavos, el espaciado, la longitud y el empotramiento en los miembros de la estructura.

Los sujetadores en las nervaduras de las láminas no soportan tanta carga de corte como los sujetadores en la parte plana de las láminas. Los sujetadores demasiado cerca del borde o del extremo de un elemento de estructura de madera llevarán menos carga. El apriete excesivo de los sujetadores que dañe la lámina de metal o el apriete insuficiente que deje un ajuste flojo reducirá la resistencia de la conexión.

Verifique la condición de los elementos estructurales en los bordes de las secciones de techo y pared. Elementos de estructura defectuosos (correas de techo, correas de alero, viguetas de paredes laterales, placas superiores o placas inferiores) pueden provocar fallas en la conexión entre la lámina de metal y el marco.

No permita modificaciones en el edificio que no sean parte del diseño y los planos originales del edificio. Insista en que cualquier modificación en el sitio sea confirmada por escrito por el diseñador del edificio.

Mantenimiento de conexión– Las conexiones críticas deben inspeccionarse cada pocos años y también después de fuertes tormentas de viento. Las áreas cercanas al borde del techo y la base de la pared también son propensas a problemas de deterioro y mantenimiento a medida que los edificios envejecen. Durante las inspecciones de mantenimiento y las reparaciones, preste especial atención a la conexión y el estado de los elementos estructurales a lo largo de los aleros del techo, la cumbrera del techo, los cimientos, las esquinas de las paredes y la inclinación de la pared del extremo: la unión entre el techo y la pared del extremo.

Los materiales para techos cerca de los aleros de las construcciones ganaderas son particularmente propensos a la condensación de humedad y al deterioro del metal del techo. Esté atento a signos de oxidación o corrosión del metal del techo en esos lugares. Las láminas de metal corroídas u oxidadas son propensas a que los sujetadores rompan el metal cuando se someten a carga.

Figura 9. Mantenimiento de la conexión: las láminas del techo se oxidan alrededor de los sujetadores.

Reemplace el techo de metal oxidado o corroído. Reduzca el riesgo de oxidación o corrosión del metal en el futuro a través de medios tales como tomas de aire del ático con ventilación modificada, aislamiento mejorado o control de la condensación. Consulte la publicación de Iowa State University-Extension and Outreach "Tomas de aire del ático de Gable End para ventilación de edificios porcinos: AE 3545. Visite store.extension.iastate.edu y busque "ae 3545" para obtener más información.

Repare o reemplace los miembros de la estructura del edificio que muestren signos de deterioro o daño. Use una sonda de metal, la punta de un cuchillo o un destornillador pequeño para probar la integridad de los miembros de madera. Use un medidor de humedad de la madera para comprobar si hay exceso de contenido de humedad. La resistencia de la conexión del diseño se reduce cuando el contenido de humedad de la madera en uso supera el 19 por ciento. Busque rayas visibles como una indicación de que la condensación goteaba y corría en el pasado. Si es necesario, retire los paneles de sofito o el aislamiento para obtener un mejor acceso para la inspección. Use una cámara de inspección flexible para acceder a áreas restringidas para la investigación. Consulte a un ingeniero calificado o a un profesional de la construcción si se encuentra un daño que requiera una reparación más compleja que el reemplazo de un sujetador o miembro. El diseño y la inspección del truss no son el enfoque de este artículo, pero si la inspección revela daños en el truss o dientes de la placa del truss que no están firmemente incrustados en los miembros del truss, busque asesoramiento profesional para estrategias de reparación.

Figura 10. Mantenimiento de la conexión: se muestra la extracción del diente de la placa de armadura.

Seguridad primero– Tenga cuidado al investigar y reparar conexiones de edificios. Los peligros incluyen bordes y puntas de metal afilados, bordes de madera en bruto, aislamiento y escombros que vuelan, y caídas desde escaleras. Use gafas protectoras y guantes, y desconecte la energía antes de inspeccionar las áreas alrededor del cableado eléctrico.

Autores –Shawn Shouse, Kapil Arora, Brian Dougherty, Kris Kohl y Kristina TeBockhorst, ingenieros agrícolas de campo de Iowa State University-Extension and Outreach;revisado porDavid Bohnhoff, profesor emérito de Ingeniería de Sistemas Biológicos de la Universidad de Wisconsin

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