Conexiones críticas para desarrollar fuerza

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

Muchos edificios agrícolas modernos construidos con estructuras de madera están cubiertos por una piel o revestimiento de láminas de metal acanalado. La resistencia combinada de la estructura y el revestimiento metálico contribuye a la economía de ese tipo de edificio. Algunos miembros estructurales primarios, como cerchas de madera o 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 críticas 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 a cargas de viento, nieve y muertos (peso del material de construcción), las fuerzas resultantes deben ser transferidas al suelo o a los cimientos por los miembros del edificio. Los diseñadores pueden referirse a la transferencia de fuerzas como la creación de una trayectoria de carga continua hasta el suelo. La nieve y las cargas muertas generan cargas verticales descendentes sobre los miembros del edificio. Las cargas inducidas por el viento pueden generar fuerzas hacia abajo, hacia arriba y horizontales sobre los miembros del edificio.

Los movimientos (como deflexión, arqueamiento, balanceo o inclinación) del edificio debido a esas fuerzas aplicadas deben ser resistidos por la rigidez del edificio. En edificios con estructura metálica, la rigidez general es una combinación de la rigidez del marco y la rigidez proporcionada por el revestimiento metálico.

Para transportar las cargas de construcción aplicadas de manera segura al suelo se requieren sujetadores correctamente diseñados e instalados en el campo en conexiones críticas de la construcción.

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 proporcionar resistencia lateral y ascendente adicional. Las zapatas 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 del poste y la resistencia del suelo cumplan con el diseño del edificio.

Adjunto posterior a la fundación– Cuando los postes se fijan a la parte superior de una base, 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 por el 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 al instalar los cimientos y de que todas las conexiones al poste se realicen según lo especificado en el diseño.

Figura 2. Adjunción del poste a la cimentación

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

Los clavos o tornillos introducidos en la fibra final de los montantes de madera tienen una resistencia mínima a la extracción, que no se cuenta en el diseño de edificios. La resistencia al levantamiento debe ser proporcionada por correas metálicas (llamadas placas de unión, bridas para montantes o clips para huracanes) que se fijan con clavos o tornillos al costado del montante y al borde de la placa base o base. 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 sobre los sujetadores necesarios para las placas de unión metálica 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 marco de la pared y los cimientos, debe fijarse 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 necesarios. Supervise la placa base y el revestimiento o revestimiento adjunto para detectar signos de daños por humedad, óxido y deterioro de los sujetadores.

Fijación de armazón a pared– Las fuerzas que actúan sobre el techo del edificio se transfieren a las armaduras del techo y de las armaduras a los postes del edificio o al marco de las paredes. La conexión debe resistir la nieve que cae y las cargas muertas junto con el levantamiento del viento y las fuerzas horizontales. Se debe proporcionar un área de soporte adecuada entre la armadura y la pared para soportar nieve y cargas muertas. El área de soporte generalmente se obtiene 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 soporte sujetos al costado de un poste, debe haber suficientes sujetadores para transportar la carga completa desde el bloque al poste, siguiendo las especificaciones de diseño.

Figura 3. Fijación del armazón a la pared–Un bloque que soporta una armadura ilustra una conexión de tres clavos probablemente inadecuada a un poste.

Figura 4. Fijación del armazón a la pared–rodilleras

Las fuerzas del viento horizontales y ascendentes deben transmitirse desde la armadura hasta la pared. Clavar los pies, algo común en la construcción de casas y garajes, no es adecuado para transportar esas cargas. Se requieren pernos o placas de sujeción metálicas para soportar las cargas. Los conectores deben atar la armadura al poste o a los 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 postes, la conexión también puede soportar fuerzas de flexión desde el poste hasta la armadura. La transferencia de la fuerza de flexión se puede realizar a través de rodilleras diagonales en la conexión entre la armadura y el 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 conexiones de rodilleras y conexiones de armazones de talón profundo. No permita la modificación u omisión en campo de rodilleras o conexiones de armadura sin la aprobación expresa del diseñador del edificio.

Fijación de correas de tejado– Las fuerzas del viento aplicadas a los materiales del techo se transfieren a las armaduras a través de las correas del techo. Cuando se clavan correas encima de la armadura, los sujetadores deben proporcionar una profundidad y un tamaño de empotramiento adecuados para resistir el retiro de la armadura. Es probable que clavar los dedos de los pies no sea adecuado. Es posible que se requieran clavos o tornillos especiales para postes con vástago anillado. Las correas metálicas proporcionan resistencia adicional a la elevación. Cuando se cuelgan correas 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 aumentan los requisitos de sujetadores en los bordes de las secciones del techo.

Figura 5. Fijación de las correas del techo–El clavado de correas se muestra con una incrustación inadecuada de los clavos.

Figura 6. Fijación de las correas del techo–Placas o correas de metal

Refuerzo diagonal contra el viento– Los armazones de edificios ensamblados en patrones rectangulares, como paredes con vigas y vigas de techo con correas, requieren refuerzos para evitar que los rectángulos se inclinen o tuerzan en forma de diamante. La piel de acero del edificio puede proporcionar gran parte del efecto de arriostramiento diagonal, pero particularmente durante la construcción puede ser necesario un arriostramiento del marco diagonal. Ese refuerzo puede ser temporal o puede estar incluido permanentemente en la estructura.

Asegúrese de que el refuerzo diagonal se instale de acuerdo con las especificaciones de diseño. No corte ni omita refuerzos diagonales en 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 instaladas correctamente y protegidas contra daños por humedad. Cuando el arriostramiento soporta cargas de compresión (compresión a lo largo de su longitud), puede ser necesario un arriostramiento lateral del miembro para evitar el pandeo lateral. Siga las especificaciones de diseño.

Fijación de láminas de metal– Las láminas metálicas del edificio deben soportar cargas del viento y la nieve hasta la estructura estructural. El viento ascendente y las fuerzas hacia afuera, junto con las fuerzas inducidas de arriostramiento diagonal, son factores de diseño importantes para las conexiones de láminas.

La resistencia a la fuerza ascendente y hacia afuera requiere un espacio adecuado entre los sujetadores y una profundidad de empotramiento adecuada. Siga las especificaciones de diseño. Si los sujetadores de tornillos están demasiado apretados y pelan las roscas, reemplácelos con sujetadores más largos o muévase a una nueva ubicación de sujetadores y selle el orificio del tornillo pelado. Las fuerzas de elevación del viento son mayores en los bordes de las superficies del techo y de las paredes debido tanto al movimiento del viento alrededor de las esquinas como a la carga en los voladizos del techo, cuando están presentes. Se justifican sujetadores adicionales (espaciamientos más estrechos entre sujetadores) en esas zonas de borde. Generalmente 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 pared.

Como se mencionó en la sección sobre refuerzo diagonal contra el viento, las láminas de acero del edificio también pueden proporcionar resistencia a las fuerzas del viento que provocarían el desgarro de la estructura del edificio. La chapa metálica adherida a la estructura forma un diafragma rígido que proporciona resistencia al trasiego. En las estanterías resistentes, 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 o sección de techo individual. Esas fuerzas adicionales del diafragma añaden carga a las conexiones entre las láminas de acero y la estructura subyacente, y entre esa estructura y las armaduras, postes o cimientos.

Las investigaciones sobre fallas en edificios frecuentemente señalan fallas en las conexiones alrededor de los bordes de la superficie del techo como el punto inicial de fallas estructurales. 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 de la estructura del edificio por las fuerzas del viento. Tenga en cuenta que las láminas permanecieron unidas a las correas, pero las correas no estaban conectadas adecuadamente a las armaduras.

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

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

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

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 miembro de estructura de madera soportarán menos carga. Apretar demasiado los sujetadores que dañan la lámina de metal o apretar demasiado los sujetadores deja un ajuste flojo reducirá la resistencia de la conexión.

Verifique el estado de los miembros estructurales en los bordes de las secciones de techo y pared. Los miembros de la estructura defectuosos (correas del techo, correas del alero, vigas de las paredes laterales, placas superiores o placas inferiores) pueden provocar una falla en la conexión entre las láminas de metal y el marco.

No permita modificaciones al edificio que no formen 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 tormentas de viento severas. Las áreas cercanas al borde del techo y la base de la pared también son propensas a sufrir deterioro y problemas de mantenimiento a medida que los edificios envejecen. Durante las inspecciones de mantenimiento y reparaciones, preste especial atención a la conexión y la condición de los miembros 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 los edificios ganaderos 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 conexiones: 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 mediante medios como entradas de aire de ventilación modificadas en el ático, aislamiento mejorado o control de condensación. Consulte la publicación de Iowa State University-Extension and Outreach “Gable End Attic Air Intakes for Swine Building Ventilation – AE 3545. Visite store.extension.iastate.edu y busque “ae 3545” para obtener más información.

Reparar o reemplazar los miembros de la estructura del edificio que muestren signos de deterioro o daño. Utilice una sonda de metal, la punta de un cuchillo o un destornillador pequeño para probar la integridad de los miembros de madera. Utilice un medidor de humedad de la madera para comprobar si hay exceso de contenido de humedad. La resistencia de la conexión de diseño se reduce cuando el contenido de humedad de la madera en uso excede el 19 por ciento. Busque rayas visibles como indicación de condensación pasada goteando y corriendo. Si es necesario, retire los paneles del sofito o el aislamiento para obtener un mejor acceso para la inspección. Utilice una cámara de inspección flexible para acceder a áreas restringidas para investigación. Consulte a un ingeniero calificado o a un profesional de la construcción si encuentra daños que requieran una reparación más compleja que el reemplazo de sujetadores o miembros. El diseño y la inspección de las armaduras no son el tema central de este artículo, pero si la inspección revela daños en la armadura o dientes de la placa de la armadura que no están firmemente incrustados en los miembros de la armadura, busque asesoramiento profesional para estrategias de reparación.

Figura 10. Mantenimiento de la conexión: se muestra la retirada de los dientes de la placa de armadura.

Seguridad primero– Tenga cuidado al investigar y reparar conexiones de edificios. Los peligros incluyen puntas y bordes de metal afilados, bordes de madera en bruto, aislamiento y escombros soplados y caídas desde escaleras. Use gafas y guantes protectores 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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