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Escuela Politécnica de Chimborazo, Fonseca, Carrillo. Soluciones estructurales de los techos de madera: juntas y placas de unión.

SOLUCIONES ESTRUCTURALES DE LOS TECHOS DE MADERA: JUNTAS Y PLACAS DE UNIÓN Luis Alejandro Fonseca Esparza, Darío Marcelo Carrillo Domínguez Escuela de Ingeniería Mecánica ESPOCH Ecuador [email protected] [email protected] Abstract— The purpose of this research is focused on the construction of wooden supports widely used in different types of houses as well as buildings, we can find them in homes from low-income housing to a more conservative model in buildings located in cities of our country, due to this we have noticed that in the construction several types of problems are presented mainly on the roofs, both as a result of atmospheric damages as well as the bad placement of the same. In this case we will analyze the wooden structures in interiors of buildings in order to protect them from rain as well as wind or some other climatic phenomenon, as well as corrosion by the environment, aware of this problem we have opted for this type of study to provide solutions for construction contractors Resumen: El proposito de esta investigacion esta enfocado a la contruccion de soportes de madera muy utilizados en los diferentes tipos de viviendas asi como en edificios, los podemos encontrar en viviendas desde las viviendas de bajos recursos hasta como un modelo mas conservador en los edifios ubicados en ciudades de nuestro país, debidoa esto hemos notado que en la construccion se presentan diversos tipos de problemas principalmente en los techos, tanto como resultado de daños atmosfericos asi como la mala colocacion de los mismos. En este caso iremos analizando las estructuras de madera en interiores de edificios con el fin de protegerlos de lluvia asi como de viento o algun otro fenómeno climatico,asi como la corrosion por el medio ambiente, consientes de esta problemática nos hemos decantado por este tipo de estudio para brindar soluciones para a los contratistas de la construccion

I. INTRODUCCION.

Para muchas personas relacionadas profesionalmente con la industria de la construcción, los problemas relacionados con la construcción de estructuras de techos pueden resultar poco atractivos porque, como dicen, "todo en este campo ya se ha descubierto". Sin embargo, se puede observar que una gran parte de los inversionistas que sueñan con su propia casa

buscan información en los foros de Internet con el fin de evitar muchos errores técnicos y organizativos. A menudo se escuchará que en alguna región del país ha habido muchos daños en el techo como resultado del impacto de los fenómenos atmosféricos. A veces, un nuevo techo aparentemente sólido se destruyó completamente, mientras que el de 100 años sobrevivió. Por lo tanto, surge la pregunta de si se trata de un accidente puro, o tal vez un pequeño detalle de construcción tuvo un impacto en la destrucción [1]. Las estructuras de madera más antiguas utilizadas para proteger los interiores de los edificios de las condiciones climáticas como la lluvia o el viento, se asemejan a una simple armadura de viga apoyada en la parte inferior de este elemento. Debido a la falta de acceso a los agentes de impregnación en el pasado, los métodos naturales se utilizaron para proteger la madera contra la corrosión biológica y tuvieron un impacto significativo en su durabilidad [1,2]. Como resultado, los constructores en ese momento han prestado especial atención a factores tales como:  Temporada adecuada y temperatura del aire en el momento de la tala de árboles.  Asegurar la humedad óptima de la madera mediante el condimento.  Descortezado cuidadoso de la madera. El artículo presenta información práctica de diseño con respecto a las estructuras de madera, y especialmente a las juntas de carpintería. Se describen las soluciones alternativas y tradicionales seleccionadas de juntas de carpintería usadas. Se mencionan las ventajas y desventajas de esas soluciones, así como consejos prácticos sobre su uso. Además, el esquema estático aparentemente similar del sistema de techo se presenta y compara [2,3].

Los esquemas estáticos seleccionados de la estructura de techo La forma final del techo depende de la decisión del diseñador y del inversor. El inversor decide el tipo de techo y el tipo de techo que cubrirá el edificio (plano o inclinado). Esos

Escuela Politécnica de Chimborazo, Fonseca, Carrillo. Soluciones estructurales de los techos de madera: juntas y placas de unión. hallazgos preliminares afectan el trabajo del diseñador. La elección de una cubierta de luz, por ejemplo una lámina de cubierta o teja bituminosa, hace que la armadura del techo pueda estar hecha de elementos con secciones transversales más pequeñas que en el caso en que el techo se cubrirá con baldosas cerámicas [4]. Sin embargo, teniendo en cuenta el hecho de que la estructura debe ser segura durante toda su vida útil, la forma final del techo debe depender del diseñador, que también tiene en cuenta otros parámetros de la estructura, como: La altura del edificio (casa de un piso, o con un ático),  La forma del techo,  El palmo del techo,  Las cargas estándar (según zonas de nieve y viento). En primer lugar, durante el diseño y las consideraciones prácticas con respecto a las estructuras de madera, se debe prestar atención a la similitud visual entre el sistema de techo de amarre de cuello de corbata y el sistema de techo de corbata de doble cuello [4,5]. Sin embargo, esto es sólo una ilusión óptica. Los elementos básicos de las diferencias visuales incluyen los siguientes elementos:  Los amarres de collar (vigas) son elementos individuales en cada viga,  Las abrazaderas de doble vástago (vigas) se producen en pares y se encuentran solo en cerchas completas (aprox. En cada tercer par de vigas). Sin embargo, los aspectos de diseño más importantes de la estructura del techo son las diferencias que existen en los otros aspectos específicos del trabajo y las funciones que deben realizar los elementos dados. La corbata correctamente ejecutada es un elemento que trabaja en La compresión, que trae consigo una importante dificultad de diseño: la aparición de fuerzas de expansión, es decir, una reacción de soporte horizontal. Por lo tanto, en este tipo de sistemas de techado, colocar las vigas en una placa de pared (alféizar) de una manera tradicional, es decir, una placa de pared rara vez está anclada en una viga de enlace de hormigón armado, y conectada por vigas, utilizando un clavo de viga popular no es suficiente. Con una solución de este tipo, se puede producir una falla muy grave incluso durante la construcción del techo, ya que esta solución no proporciona un soporte articulado no móvil (funciona como un soporte de resorte). Luego, la estructura del techo se destruirá por la desintegración de sus elementos, como se muestra en la Fig. 1. La conexión mostrada no es capaz de transferir todas las fuerzas de tracción: la mayoría de los elementos estructurales comenzaron a funcionar en contra de su uso previsto [4,6]. Las Fig. 2 y 3 muestran los esquemas estáticos de ambos sistemas de techo y la comparación del trabajo de la viga corbata de cuello y la viga - sistemas de techo de corbata de doble cuello bajo la influencia del peso propio. El análisis comparativo indica las diferencias en las condiciones límite

del soporte y la aparición de varios valores de fuerzas internas (en este caso las fuerzas normales) en ambos sistemas. Si se produce un desplazamiento y, por lo tanto, la reacción no se transfiere a los elementos ubicados debajo, es posible liberar la fuerza y la aparición de una falla [7,8].

Fig. 1. Esquema de la conexión de la pared de vigas [8]

Fig. 2. El esquema estático y la distribución de las fuerzas axiales [KN] del sistema de amarre de cuello de viga.

Fig. 3. El esquema estático y la distribución de las fuerzas axiales [KN] de la viga - sistema de amarre de doble collar.

II.

DESARROLLO.

A. Juntas de carpintería. Las juntas de carpintería son un tema muy importante en el diseño de las estructuras de madera. Si bien el desempeño correcto de estos detalles no es fácil, es muy frecuente que los contratistas se enfoquen en usarlos sin la debida diligencia. Reduce significativamente la resistencia de toda la construcción, a pesar del hecho de que se utilizan secciones transversales óptimas de elementos de soporte de madera

Escuela Politécnica de Chimborazo, Fonseca, Carrillo. Soluciones estructurales de los techos de madera: juntas y placas de unión. individuales. En todas partes, donde hay conexiones de elementos estructurales, se debe tener especial cuidado. En particular, se refiere a las conexiones de la viga de la pared (travesaño) (Fig. 4), que deben transferir todas las cargas desde el techo y luego transferirlas a los muros de carga del edificio [4,9]. La combinación tradicional más popular es el uso del llamado clavo de viga (Fig. 5). Los conectores de este tipo siguen siendo muy comunes entre muchos carpinteros y diseñadores. Desafortunadamente, el principal problema en el caso de su uso es la rutina ordinaria, que no tiene en cuenta el impacto de todas las cargas, las dimensiones del objeto, el tipo de cobertura y el esquema estático adoptado para el cálculo. Muchos contratistas no están convencidos por las soluciones innovadoras para algunos estereotipos que ocultan las principales ventajas de los nuevos conectores, como, entre otros, una capacidad de carga mucho mayor [2,4]. Las conexiones hechas del clavo de viga tienen sus inconvenientes. Las desventajas básicas incluyen la pequeña fuerza que puede soportar un conector determinado. Por ejemplo, la resistencia al corte promedio del clavo de viga no es más de aproximadamente 3 kN. Otra desventaja es el ensamblaje de clavos, que debe ir precedido de un taladrado previo. Su falta, combinada con una humedad inadecuada de la madera, puede conducir a la deslaminación de este material. Además de la capacidad de corte, la resistencia a la tracción es un problema igualmente grave. Esta resistencia se basa únicamente en las fuerzas de fricción entre el conector de metal y el elemento de madera.

Fig. 4. Esquema de la conexión de la pared de vigas.

Fig. 5. Conexión rota con clavo de viga [8]

La fuerza de fricción es relativamente pequeña, y los efectos de la baja fricción (por lo tanto, un mal anclaje) son visibles en lugares afectados por el fuerte viento. Es el resultado del hecho de que las uñas se pueden quitar. De la pared sin mayor problema. Como consecuencia, toda la pendiente del techo, en el caso de vientos fuertes, se transfiere incluso varios cientos de metros. Una solución ligeramente mejor puede ser el uso de tornillos de acero largos. Sin embargo, esta solución no garantiza un aumento significativo en la capacidad de carga de la conexión [2].

III. ANALISIS DE RESULTADOS. Soluciones alternativas para conexiones de carpintería

Después de prestar atención a las desventajas resultantes del uso de las juntas de carpintería tradicionales, es necesario explicar cómo eliminar esas fallas. Sin duda, es una buena solución usar un nuevo tipo de juntas de carpintería, pero en este caso la selección del conector correcto es un tema muy importante. Al parecer, las dos juntas y clavos de carpintería de aspecto idéntico pueden diferir significativamente en su trabajo. Solo los elementos, que tienen parámetros de resistencia documentados, es decir, aquellos que provienen del fabricante recomendado y tienen los certificados adecuados, deben usarse para todo tipo de estructuras. Los parámetros de este tipo de productos se determinan en función de las pruebas estándar especiales, cuyos resultados se incluyen en las aprobaciones técnicas. La principal diferencia es que el artículo proveniente de la producción para la venta puede cumplir con los parámetros asumidos, pero puede tener una menor capacidad de carga, por ejemplo. En un 50%. En resumen, los conectores que se utilizarán en juntas estructurales deben tener marcas apropiadas que sean la base para tener en cuenta su capacidad de soporte en los cálculos de resistencia [10,11]. La siguiente etapa del uso correcto de las juntas de carpintería es su montaje adecuado. En la Fig. 6 y 7, se puede ver que las conexiones, que utilizan juntas teóricamente similares con la misma capacidad de carga. Sin embargo, debido a la

Escuela Politécnica de Chimborazo, Fonseca, Carrillo. Soluciones estructurales de los techos de madera: juntas y placas de unión. supervisión del constructor, uno cumplió su función y el otro no [12]. El contratista no prestó atención al hecho de que los orificios hechos en la hoja no están dispuestos al azar y la selección de conectores debe adaptarse a su propósito apropiado. La causa directa de la falla fue la distancia demasiado grande de los clavos en la primera fila de la línea de curva. Se trata de descuidos similares a los de las conexiones madera - madera y, puede ocurrir en el caso de las conexiones madera - hormigón. El caso de tal combinación se presenta en la Fig. 8 y 9. Fig. 9. Ejemplo de fijación de uniones de carpintería, una combinación de madera y hormigón: el fallo debido a la distancia demasiado grande de un perno a la línea de ruptura [8]

Fig. 6. Ejemplo de la fijación de juntas de carpintería en la combinación de madera - madera - la colocación correcta de los clavos [8]

Fig. 7. Ejemplo de la fijación de uniones de carpintería en la combinación de madera - madera - el fallo debido a la distancia demasiado grande de los clavos a la línea de ruptura [8]

El uso de ese tipo de conectores angulares es ventajoso porque esta solución tiene una buena capacidad de carga para las fuerzas horizontales, así como para la succión del viento. En las juntas donde se utilizaron pares de ángulos, la capacidad de elevación es aproximadamente de 17.8 kN, mientras que la capacidad de carga horizontal es superior al valor de 20 kN. Este valor es incomparablemente mayor en relación con la capacidad de carga de los clavos utilizados tradicionalmente. En la Fig. 10 se muestran ejemplos del uso esquemático de los conectores angulares.

Fig. 10. Los ejemplos esquemáticos de las disposiciones de los clavos y tornillos [8] En la Fig. 11 ejemplos de conectores angulares universales que pueden usarse en ambas uniones, madera - Madera y madera - Se presentan combinaciones de unión de hormigón. En conclusión, es importante colocar los clavos corrugados en las esquinas de la junta lo más cerca posible de la línea de pliegue. Este método de montaje evita la flexión del elemento de conexión. Los clavos no deben ser martillados en todas las aberturas, sino que deben usarse de tal manera que mantengan la capacidad de carga adecuada de la madera.

Fig. 8. Ejemplo de la fijación de uniones de carpintería en la combinación de madera - hormigón - la colocación correcta de los clavos y pernos [8]

La selección de las aberturas adecuadas debe adaptarse a la sección transversal de la madera, la dirección de las fibras y la dirección de la fuerza de actuación. En las conexiones transversales los clavos deben colocarse en diagonal. Esta disposición de los conectores minimiza la influencia de las

Escuela Politécnica de Chimborazo, Fonseca, Carrillo. Soluciones estructurales de los techos de madera: juntas y placas de unión. fuerzas de torsión en la conexión. Además, el método y el tipo de perforación realizada debajo de las uñas también son muy importantes [13,1]

Fig. 11. Los conectores angulares universales [8]

Uniones empernadas. Este método se aplicará a uniones empernadas de dos o más elementos de madera, o entre un elemento de madera o pletina metálica. Las uniones empernadas son muy eficientes en grupos estructurales A, B pero también se puede usar en grupo estructural C. 44 Los pernos y pletinas deben tener como mínimo un esfuerzo de fluencia de f y = 2300 kg/cm2. Se colocará arandelas o pletinas metálicas entre la cabeza del perno y la madera, para evitar esfuerzos de aplastamientos excesivos. Todos los elementos metálicos utilizados con madera húmeda o en condiciones ambientales desfavorables, tendrán un tratamiento anticorrosivo. Cargas admisibles. Para la determinación de las cargas admisibles se considerarán: • Grupo estructural (A, B, C) y la condición de la madera. • Calidad y diámetro de los pernos. • Motivación de las fuerzas en la unión con relación a la dirección del grano en los diversos elementos de la madera. • El espesor de los elementos de la madera. • El número de pernos empleados y su ubicación en la unión

Cálculo para selección de número de pernos entre unión vigacolumna. Para el elemento que sigue la dirección paralela al grano. Datos: d =9.5 mm (3/8”) l =6.5 cm

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1]

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IV. CONCLUSIONES Al tratarse de un material compuesto de matriz polimérica reforzado con partículas de aluminio dispersadas aleatoriamente se observó que las propiedades mecánicas mejoraron en un 27% aproximadamente mientras que la elongación se vio disminuida en mismo porcentaje. La resistencia a la tracción del material de matriz polimérica de polipropileno sin partículas de aluminio fue de 36.5 MPa mientras que al evaluar el material compuesto de matriz polimérica de polipropileno reforzado con partículas de aluminio dispersadas aleatoriamente su resistencia a la tracción resulto con valor de 46.35 MPa. Las partículas usadas como refuerzo de la matriz no deben exceder el 25% de la concentración de volumen. Ya que no tendría ninguna mejora en el material.

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