WO2021087630A1 - Sistema de muro de corte híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva en zonas sísmicas - Google Patents

Sistema de muro de corte híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva en zonas sísmicas Download PDF

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WO2021087630A1
WO2021087630A1 PCT/CL2019/050111 CL2019050111W WO2021087630A1 WO 2021087630 A1 WO2021087630 A1 WO 2021087630A1 CL 2019050111 W CL2019050111 W CL 2019050111W WO 2021087630 A1 WO2021087630 A1 WO 2021087630A1
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wall system
columns
hybrid
wood
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Pablo GUINDOS BRETONES
Tulio Enrique CARRERO ROA
Hernán SANTA MARÍA OYANEDEL
Jairo Alonso MONTAÑO CASTAÑEDA
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Pontificia Universidad Católica De Chile
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Definitions

  • the invention that is the subject of the present Invention Patent application is applicable in the field of construction engineering and refers specifically to a massive wood hybrid shear wall structural system for the construction of buildings of 5 or more floors applicable in seismic zones, which provides protection against extreme load events, such as earthquakes or strong winds.
  • Earthquakes are sudden and unpredictable natural events that cause great human losses, usually caused by damage to the infrastructure of a population. In some cases, very strong winds, including cyclones, can also cause building movement and structural damage.
  • construction with this type of wood panels is their low weight and therefore, they exhibit reduced design forces; on the other hand, construction with this type of panel allows an accelerated building timeline compared to traditionally used construction materials and processes, which can be reduced from months to just weeks. This occurs to a large extent because the construction with this type of wood panels allows a line of prefabricated materials that can be conceived in specialized spaces for this and then transported to the construction area where they are assembled.
  • these types of systems use very thin wooden plates, 11 to 15 mm. if they are made of OSB or plywood, where this thickness is not enough to embed connectors with diameters that generate a sufficiently ductile and resistant connection, capable of dissipating energy.
  • OSB or plywood the main disadvantage of this type of lightweight systems is that they do not have structural capacity for seismic loads of buildings with 5 to 10 floors. Therefore, other construction systems have been developed that are proof of seismic events, where the use of thicker wooden panels that offer much greater resistance capacities, which are not equivalent to the use of boards such as OSB or plywood, have been developed. rather, they have thicknesses greater than 60 millimeters, such as cross laminated timber (CLT- cross laminated timber).
  • the main structure is a steel frame, and operating the CLT only as a lateral force bracing device to give rigidity to the main frame, it is a much more flexible system and therefore lacks sufficient rigidity to resist large seismic forces and enforce the structure with a displacement or drift (which is the maximum horizontal deformation allowed between two floors in a seismic event) strict admissible, as established in construction regulations in most of the territories with high seismic concurrence .
  • the most important disadvantage is that it is a fairly elaborate system, then it requires the manufacture of many special pieces that possibly result quite expensive when you want to use it in a building that is located in an area of high seismicity. It requires manufacturing many steel parts and components with very good precision, that is, it requires specialized manufacturing, to finally assemble all this on the wall, requiring many in-situ tasks that make construction more expensive. Placing all of the above in building walls in a high seismic zone, where most of them are arranged as structural shear walls, and each of them requires all these tubes and steel pieces should be very expensive. Therefore, it is estimated that this may be useful in areas of low seismicity, where only a few walls are required to be structural shear.
  • cross laminated timber CLT- acronym of the English name cross laminated timber
  • CLT- acronym of the English name cross laminated timber have as main characteristic that they are self-supporting and allow the rapid prefabrication of homes and buildings, being used in slabs, ceilings and as shear walls, in order to obtain more rigid structures.
  • a shear wall is a structural system composed of rigid wall panels to counteract the effects of in-plane lateral load acting on a structure. Wind and seismic loads are the most common loads that shear walls are designed to withstand.
  • Shear walls can be located along the exterior of the building, within the interior of the building, or in a combination of both.
  • shear walls can swing to one side or the other, and back independently, under the influence of lateral or horizontal force.
  • the shear walls swing from side to side around their point of attachment to the base support, that is, on their respective moorings to the base support.
  • Independent wall balancing allows for damping of movement or energy dissipation in connectors, whether they are junction connectors between adjacent panels or junction connectors between a panel and its interior structural frame.
  • CLT walls The main difficulty of CLT walls is the problem of rigid body rotation caused by their flexible structural nature, which defines them as not very rigid to resist large seismic forces, so that a building with this type of walls structured completely based on CLT would imply the use of a high number of walls, making the system more expensive.
  • the present invention proposes a system of shear walls with a functionally integrated hybrid configuration of massive wood panels against CLT laminate and an interior frame made of another material different from that of said panels, where this structure has a high resistance capacity.
  • lateral load, greater stiffness, greater ductility and capacity to dissipate energy than conventional wood panels it presents a reduced effect of overturning, notably reducing the lateral displacement of the floors and reducing the seismic forces with which it is designed, makes it economically competitive.
  • the present invention refers to a hybrid shear wall system for the construction of massive wooden buildings with more than two stories in seismic zones, which presents a ductile behavior, rigidity and a reduced tipping effect in the face of a lateral load caused by natural events. destructive, such as earthquakes or strong winds.
  • the invention is a shear wall system that, using massive wood as one of its essential components, makes it possible to reach a building height of more than 2 floors with fewer walls than those required by other wooden structural systems, with greater ductility. and capacity to dissipate energy, without rigid rotations that concentrate the damage in the main anchors, and economically competitive.
  • the present invention aims to propose a rigid shear wall system highly resistant to seismic loads, based mainly on a hybrid structure of massive wood panels and an interior frame formed by other materials different from said massive wood, where both the frame and the wooden panels act concomitantly as a single system.
  • Another objective of the invention is to provide a shear wall system that presents high ductility concentrated in a high energy dissipation effect of the system, achieving that the load is evenly distributed along the entire perimeter of the shear wall. .
  • Yet another objective of the invention is to provide a shear wall system that allows a significant reduction of the tipping effect, avoiding the lifting and displacement of the walls, which translates into greater rigidity and reduction of the maximum value of the mezzanine displacement. (drift).
  • Another objective of the invention is to provide a shear wall system that allows to reduce rehabilitation costs after the seismic event, ensuring that the integrity is not compromised in damage to the gravitational load bearing elements.
  • the present shear wall system comprises a hybrid structure, with an articulated inner frame and massive wood outer panels attached to both sides of the frame, forming a sandwich-type structure, where the panels are attached to the frame by means of individual connectors. energy dissipators and where the inner frame comprises articulated nodes of union between columns and sills that make up the frame.
  • the shear wall also comprises self-centering means consisting of post-tensioned tensioners arranged at the top of the wall and preferably only on the lateral edges of the wall, they are associated only with the columns or alternatively, associated with the columns and the ends of the sills together. . This relationship and the operation of the post-tensioned self-centering means will be explained later.
  • the interior frame is made up of columns and sills, where the columns are a set of vertical load-bearing pillars that comprise at least two extreme lateral columns, each located on each of the lateral edges of the shear wall.
  • This set of columns can also include at least one intermediate column arranged between the end ones;
  • This intermediate column will depend on the dimensions of the shear wall, so that a narrow wall built with a single massive wood panel might not need an intermediate column, instead if the wall is of a length where they are required at the At least two wooden panels adjacent to each other, the intermediate column or columns are arranged just where the junction between said adjacent panels coincides, so that the energy dissipative connectors, which connect the wooden panels to the frame, have a anchor bracket.
  • Each one of the columns is formed by a vertical body that can be solid or tubular, preferably rectangular in section, in which an upper minor face, a lower minor face, an outer longitudinal face, an inner longitudinal face and opposite face faces are defined.
  • the end lateral columns in particular, comprise means of passage of said post-tensioned tensioners, which go inside and along their longitudinal axis.
  • These means of passage can consist of longitudinal channels extending from the upper minor face to the lower lower face of the column, where this solution based on channels is especially applicable in cases where the columns are made of a solid material, such as wood or concrete; but in the case of being tubular bodies, such as a tubular steel profile, these columns do not need to add channels, but the tensioners pass freely through the cavity of the profile.
  • said lateral columns may comprise two, three, four or more longitudinal channels through which said post-tensioned tensioners pass.
  • the interior frame comprises an upper hearth and a lower hearth, where each of them is made up of a horizontal body that can be solid or tubular, preferably rectangular in section, where they are defined.
  • sills can comprise at least two transverse channels through which said post-tensioned tensioners pass, so that in an alternative embodiment, said sills lack these channels, depending on the configuration and material of manufacture of the frame.
  • the configurations that the inner frame can adopt will depend mainly on the material used; in an embodiment of the inner frame with tubular steel profiles, the upper and lower sills acquire the total width of the wall, where the inner longitudinal face of said upper slab rests on the upper minor faces of the columns, while the lower lower faces of the columns abut on the inner longitudinal face of the lower hearth.
  • the post-tensioned tensioners pass freely inside the profile that makes up the columns, but to pass through the sills and allow the tensioners to protrude from the upper and lower edges of the wall, said sills must include, in each end zone, channels or transverse openings that extend between its inner longitudinal face and the opposite outer longitudinal face.
  • This configuration of the inner frame can also be applied in the case that columns and sills are made of concrete, but in this case, given that the pieces are a solid body, it is necessary that said columns comprise at least one longitudinal channel to allow passage at least one post-tensioned tensioner, while the sills must comprise, in each end zone, transverse channels extending between their inner longitudinal face and their outer longitudinal opposite face.
  • the interior frame made with wooden columns and sills, given the flexibility of the material, it is necessary to avoid crushing the upper edge of the columns, so that the sills are placed inside the side columns, thus, the latter are they extend for the total height of the wall; specifically, the lateral minor faces of the upper hearth abut an upper zone of the inner longitudinal face of the lateral columns, while the lateral minor faces of the lower hearth abut a lower zone of the inner longitudinal face of the the side columns.
  • This configuration of the inner frame can also be applied in the case that columns and sills are made of concrete.
  • the set of the front faces of the columns and sills make up the support surfaces where the dissipative connectors that connect each of the massive wood panels to the interior frame are anchored or fixed.
  • These energy dissipative connectors are individual elements to each other, which are installed around the perimeter of the panel.
  • the dissipative connectors are made of metal, of the pin type, selected from the group of pins, screws and nails.
  • the connectors are preferably self-drilling pins.
  • the connectors are preferably threaded screws in their entirety.
  • the function of the self-drilling connectors is to brace the frame against the seismic shear force.
  • the connectors are the weak point in the structure, so failure is intentionally produced there, allowing for a lot of ductility until the ultimate failure is reached.
  • the inner frame is made of a different material from the material of the massive wood panels that are fixed from the outside.
  • the columns and sills of the frame are made of a material that can be selected from materials such as steel profiles, post-tensioned concrete or laminated wood.
  • tubular profiles preferably with a resistance from ASTM A-36 to ASTM A-53 (240 to 365MPa). If they are made of concrete, they preferably comprise a compressive strength in the range between 20 to 35 MPa, where the end lateral columns are made of post-tensioned concrete. While if they are made of wood, they are laminated, with a resistance in the range between 1.3E and 1.55E; preferably made of reconstituted laminated wood LSL (Laminated Strand Lumber) or MLE (Glued Laminated Wood) or LVL (Laminated Veneer Lumber).
  • LSL Laminated Strand Lumber
  • MLE Glued Laminated Wood
  • LVL Laminated Veneer Lumber
  • the outer panels of the shear wall are structural wood panels, preferably, the panels are made of massive wood against laminate (CLT) with a thickness between 60 mm and 100 mm. It is important that the panels are thick, such as the thickness CLT between 60 mm and 100 mm.
  • LVL is produced by gluing wood veneers together in a large molding, which is then sawn to the desired dimensions depending on the construction application, however the veneers are glued in such a way that the direction of the grain or grain of the wood is It has a single direction, the direction of the longitudinal or longest axis of the structural element, this implies that it only has a significant resistance in its longitudinal axis, consequently it is only efficient for load stresses in one direction.
  • the CLT consists of several layers of wooden boards stacked and glued together in a cross or orthogonal way (typically glued at 90 degrees), due to which it resists load stresses both in the longitudinal direction of the element and in the direction transverse, which determines that it can take shear loads, and not only axial ones.
  • LVL walls can only take, for example, vertical axial load of their own weight, while CLT walls can take both vertical and horizontal loads due to wind or earthquake. Therefore, they are not technically equivalent materials, because CLT addresses another structural need; In this sense, the CLT cannot be replaced by the LVL for an application like the one proposed in this invention, because the same result would not be achieved.
  • the frame materials connected to the CLT generate less crush resistance and regulate the brittle effect that a traditional CLT wall can cause.
  • the utility of LVL and other materials is to coordinate and reinforce the stress produced in the joints.
  • Massive woods such as GLT (Glulam), LVL micro laminated woods, LSL are materials that counteract the effect of lateral loading in only one direction, on the other hand, in the other direction they are weak.
  • Wood in general has much higher strength and stiffness in the direction of the fibers.
  • CLT panels have fibers oriented in both directions within the plane. Given the above, the invention proposes this sandwich cut wall structure to provide better seismic performance.
  • the elements of the wall frame support the axial load, likewise, the stress between the CLT panels connected to the frame generates greater resistance to cutting. This depends on the type of joints to which the wall framework is connected, that is, the joints between columns and sills.
  • this shear wall system is articulated, which is given because the points of union between sills and columns are assemblies of the type articulated nodes, consisting of a means of Normally pivoting mechanical joint that allows an assembly with relative movement in a plane, between said columns and said sills.
  • the mechanical joining means that make up the articulated nodes preferably consists of a pair of rigid support plates, parallel to each other, crossed by a transverse connecting pin.
  • the mechanical joining means that make up the articulated nodes preferably consists of a support block attached to the columns, and on which the ends of the sills are seated. Additionally it can be set the hearth to the column by means of a diagonal pin, so as to allow articulated movement between them.
  • the mechanical joining means that make up the articulated nodes can consist of a seat bracket projected laterally from the columns, forming an integral part of it, as a single piece or as an added piece. and on the bracket the ends of the concrete slabs are seated, being able to add a pin that allows the relative movement between the pieces, in a single plane.
  • this shear wall system Another of the essential characteristics of this shear wall system are the self-centering means, which allow the wall structure to acquire rigidity in an elastic regime that reduces the tipping effect of the wall, reducing the feasibility of swinging laterally and at the same time allowing that after receiving a high lateral load request, the structure is restored acquiring its original position.
  • the self-centering means of the proposed shear wall consist of non-adhered tensioners whose position goes to the top of the shear wall, allowing an elastic union of the wall with a foundation or with another wall stacked one on top of the other in a coplanar position.
  • tensioners comprise a lower end and an opposite upper end, where the lower end can be anchored and embedded in a foundation, which happens in the lower or base shear wall in a building; or alternatively, the lower end is axially adjustably attached to an interwall coupler connector that allows post-tensioned fit of the lower end of a stacked upper wall onto the upper end of a lower wall.
  • the upper end of the tensioners can be fixed, although in an axially adjustable manner, to a coupler connector between walls, which allows the post-tensioned adjustment of the lower end of an upper wall stacked on the upper end of a lower wall; or said The upper end can also be fixed, in an axially adjustable manner, to an anchor plate located on the upper edge of a wall, on the basis of which the tensioner is post-tensioned.
  • the tensioners can be non-adherent, spun steel bars, with adjustable anchor plate-type fixings at their ends, or they can be non-adherent, post-tensionable, wedge-type strand-type steel cables with an anchor plate.
  • a first shear wall is arranged on a foundation and being, for example, that the wall comprises an interior frame of profiles of steel, where the upper and lower slabs extend over the entire width of the wall, then the lower slab of this first wall presents means of simple union with said foundation, such as anchor bolts distributed along it;
  • the lateral columns contain inside the self-centering tensioners, where the lower end of them is concreted to the foundation and the opposite upper end is attached to a coupling connector that allows the axial union between said tensioners and at the same time , between the first wall and the second wall stacked on top of the first.
  • this second wall is mounted coplanar to the first, floor to floor, allowing the tensioners of the first wall to extend towards the second from the coupler connector, where the upper end of the tensioner is fixed to the upper edge of the second wall. on an anchor plate.
  • the tensioners could be continuous elements from the foundation to the upper edge of the upper wall, dispensing with the interwall coupling connector.
  • the walls can consider means of lateral anchoring of the type cut keys.
  • the frame structure is subjected to a permanent elastic regime that is stiffened with the structural participation of the wooden panels once they are connected to the frame by means of dissipative connectors, where these wooden panels They fulfill the function of bracing the load elements of the inner frame, in addition to fulfilling the function of resistance to axial load in conjunction with the same frame, both elements acting as a single system.
  • CLT panels provide rigidity and lateral resistance, subjected to simple shear stresses;
  • the inner frame serves as a mechanism that allows the lateral load of the floor to be transferred to the wooden panels, where its articulated nodes allow the frame to move laterally without opposition, attributing all the strength and lateral stiffness to the outer wooden panels.
  • the post-tensioned tensioners prevent the rigid body from lifting on the tensioned side of the wall, and together with the anchors of the lower slab, they also prevent the lateral displacement of the wall; the dissipative connectors that join the outer panels with the inner frame, allow the bracing action of the CLT panels, and function as the weak part of the system, thus preventing the breakage of the panels, the frame or other components.
  • the deformation does not occur by overturning the wall but by cutting the panels and especially the cutting in the connectors that join the panels with the internal frame. Said shear deformation is much more advantageous because it makes it possible to avoid additional deformations of the rigid body and, in particular, causes the The capacity and stiffness of the wall is linearly proportional to its length, which translates into a much more predictable and controlled mechanical behavior.
  • Another advantageous property is that an empty intermediate space is achieved between the two CLT panels where the thermal insulation can be placed in the same way as in a platform frame.
  • this system it is possible to put the insulation inside, while in walls made entirely of conventional CLT, screws and a termination must be installed to fix the insulation from the outside, since being a solid board it is not possible to put the insulation.
  • Another tremendously notable advantage of this system is that it is possible to put the facilities (plumbing, electricity, etc.) inside the wall, just like the platform system. In conventional CLT, the installations are much more complicated to incorporate into the walls.
  • the system could withstand a force of 1315 kN per m3 of wood, while a conventional wall (with much less ductility) could resist 260 kN per m3, that is, the invention in practice should be able to resist 505% more.
  • a building with this system would require only 1/5 (20%) of the m of wood that a conventional wall system requires.
  • the costs of the slabs account for 50% of the thick work, and the cost of the walls the other 50%, which implies that the building should occupy 100% wood in slabs and 20% of wood in walls, that is, the building costs in terms of wood should be about 60% of a conventional building (so it is effectively much cheaper).
  • the system of the present invention uses more screws, nails or bolts, compared to the conventional system, this is to join the boards to the internal rigid frame. These costs depend on the specific connector used, but for example large nails are very cheap. For all the above, the proposed system is clearly much cheaper. The joints could be a bit more expensive (due to the number of nails / screws that must be used) but the anchors are almost the same. However, the volume of wood that would be occupied would be much less. In short, I use more nails to get a lot more out of the material, and that makes it cheaper.
  • Figure 1 shows an exploded isometric view according to a first embodiment of the shear wall.
  • Figure 2 shows a front elevation view of the first embodiment of the shear wall.
  • Figure 3 shows a front elevation view of a second embodiment of the shear wall.
  • Figure 4 shows a close-up exploded isometric view of the second embodiment of the shear wall.
  • Figure 5 shows a partial exploded isometric view of the second embodiment of the shear wall.
  • Figure 6 shows a side elevation view of the first embodiment of the shear wall.
  • Figure 7 shows a schematic front elevation view of an assembly example of two shear walls stacked together.
  • Figure 8 shows an isometric of the first embodiment of the reinforced shear wall.
  • Figure 9 shows an exploded isometric of the second embodiment of the shear wall.
  • Figure 10 shows an exploded isometric of the first embodiment of the shear wall.
  • Figure 11 shows a side elevation view of the second embodiment of the shear wall.
  • the present invention refers to a system of shear wall (1) hybrid for the construction of massive wooden buildings of more than two stories in seismic zones, which presents a ductile behavior and a reduced tipping effect in the face of a lateral load caused by destructive natural events, such as earthquakes or strong winds .
  • It comprises an interior frame (100) with articulated nodes (110) for joining columns (120) and sills (130), to which exterior massive wood panels (200) are attached on both sides by means of individual connectors (300). power sinks; where the frame (100) comprises post-tensioned self-centering means (400), which together with the articulated nodes (110), the massive wood exterior panels (200) and the individual energy dissipative connectors (300), allow the wall to cutter (1) behaves in a ductile manner and with a reduced tipping effect when faced with a high lateral load.
  • the columns (120) that make up the frame (100) comprise end lateral columns (121) that contain at least one interior longitudinal channel (122) through which the self-centering means (400) pass.
  • the columns (120) further comprise at least one intermediate column (123), and where each of the columns (120) exhibits an upper minor face (124), a lower minor face (125), an outer longitudinal face (126 ), an inner longitudinal face (127) and front faces opposite each other (128).
  • the sills (130) that make up the inner frame (100) comprise an upper slab (131) and a lower slab (132), which contain at least two transverse channels ( 133) through which said self-centering means (400) pass.
  • the sills (130) comprise lateral minor faces (134), an outer longitudinal face (135), an inner longitudinal face (136) and opposite front longitudinal faces (137).
  • the sills (130) are arranged between the columns (120), and therefore, they lack transverse channels for the passage of the self-centering means (400). As outlined in FIG.
  • the articulated nodes (110) of the inner frame (100) comprise a means of pivoting mechanical connection that allows an assembly with relative movement in a plane, between said columns (120) and the sills. (130).
  • This mechanical connection means that forms the articulated nodes (110) can consist of a set or pair of rigid support plates (111) parallel to each other traversed by a transverse connecting pin (112); where each set of plates (111), as seen in FIG. 5, can be fixed to the inner longitudinal face (136) of the sills (130) and then, between the plates (111) each column is arranged (120) attached to the front faces (128) of said columns.
  • the mechanical joining means may consist of a support plug (not illustrated) attached to the inner longitudinal faces of the columns, on which the ends of the sills are seated.
  • Still another alternative may consist of a seat bracket (not illustrated) projected laterally from the columns, on which the ends of the sills are seated.
  • the self-centering means (400) comprise non-adhered tensioners (401), with a lower end (402), an upper end (403) opposite and are arranged at the top of the wall cutting (1). They can be spun, non-adherent bars, or non-adherent, post-tensioning strand-type steel cables.
  • the lower end (402) of the tensioners (401) is anchored embedded in a foundation (A) when it comes to the lower cut wall (1) of the first floor; but also, when it comes to the upper shear wall (G), the lower end (402 ') of the tensioners (401') can be fixed, although axially adjustable, to a coupling connector (B), where this connector ( B) allows the union of the tensioners (401), (401 ') between stacked walls.
  • the upper end (403) of the tensioners (401) of the lower wall (1) is fixed, although in an axially adjustable way, to the coupling connector (B); or said upper end (403 ') of the tensioners (401') of the upper wall (G) goes fixed axially adjustable to an anchor plate (D) at the upper end of the same upper wall ().
  • the lower slab (132) of the lower wall (1) can be attached to the foundation (A) by means of anchor bolts (E), which are the same as the lower slab (132 ') of the upper wall (G ) is attached to the upper slab (131) of the lower wall (1); additionally, the walls (1), (G) can consider lateral fixing means of the type cut keys (F).
  • the energy dissipative connectors (300) comprise a plurality of elements, individual to each other, that join each of the massive wood exterior panels (200) with the articulated interior frame (100 ), those that are installed around the perimeter of the panel (200).
  • These can be metal plug-type connectors, selected from the group of pins, screws and nails, preferably self-drilling pins and screws threaded throughout.
  • the inner frame can adopt different configurations depending mainly on the material used;
  • the upper (131) and lower (132) sills acquire the full width of the wall, where the inner longitudinal face (136 ) of said upper hearth (131) abutting on the upper minor faces (122) of the columns (120), while the lower minor faces (125) of the columns (120) abutting on the longitudinal face interior (136) of the lower hearth (132).
  • the sills (130) go inside the columns (120), thus, these last ones extend by the total height of the wall; specifically, the minor lateral faces (134) of the sills abut the inner longitudinal face (127) of the lateral columns (121).
  • the configuration of the wall also includes an intermediate column (123)
  • the minor lateral faces (134) and the sills also come from butt to the sides of this intermediate column.
  • This configuration of the inner frame can also be applied in the case that columns and sills are made of concrete.
  • the outer panels (200) are panels of massive wood against laminate (CLT) with a thickness between 60 mm and 100 mm;
  • the columns (120) and the sills (130) that make up the inner frame (100) can be steel profiles with a resistance from ASTM A-36 to ASTM A-53 (240 to 365MPa), they can be made of concrete with a resistance compression in the range between 20 to 35 MPa or they can be made of laminated wood with a resistance in the range between 1.3E and 1.55E.

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Abstract

Sistema de muro de corte híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva de más de dos pisos en zonas sísmicas, que presenta un comportamiento dúctil y reducido efecto de volcamiento frente a una carga lateral causada por eventos naturales destructivos, tal como sismos o vientos fuertes; el sistema de muro de corte comprende un marco interior con nodos articulados de unión entre columnas y soleras, al que se le unen paneles exteriores de madera masiva en ambas caras opuestas, por medio de conectores individuales disipadores de energía; donde el marco comprende medios autocentrantes postensados, los que en conjunto con los nodos articulados, los paneles exteriores de madera masiva y los conectores, actúan de manera conjunta como una unidad y permiten que el muro de corte se comporte de manera dúctil y con reducido efecto de volcamiento frente a una alta carga lateral.

Description

SISTEMA DE MURO DE CORTE HÍBRIDO PARA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES DE MADERA MASIVA EN ZONAS SÍSMICAS.
MEMORIA DESCRIPTIVA
La invención que es motivo de la presente solicitud de Patente de Invención es de aplicación en el campo de la ingeniería de la construcción y se refiere específicamente a un sistema estructural de muro de corte híbrido de madera masiva para la construcción de edificios de 5 o más pisos aplicable en zonas sísmicas, que proporciona protección contra eventos de carga extrema, tales como sismos o fuertes vientos.
DESCRIPCIÓN DEL ARTE PREVIO
Los terremotos son eventos naturales impredecibles y repentinos, que causan grandes pérdidas humanas normalmente provocadas por los daños causados en la infraestructura de una población. En algunos casos, los vientos muy fuertes, incluidos los ciclones, también pueden causar movimientos en los edificios y daños estructurales.
En las últimas décadas, se ha incrementado el trabajo en el diseño y desarrollo de sistemas de construcción para edificios de concreto y acero de varios pisos para regiones sujetas a actividad sísmica, buscando principalmente que prevengan fallas catastróficas del edificio y protejan la vida.
Los diferentes problemas derivados de la ocurrencia de un terremoto, en cuanto al daño de la infraestructura, han llevado a investigar sobre tecnologías de construcción que permitan la concepción de edificaciones capaces de resistir terremotos sin daños estructurales, a fin de reducir el costo económico de la reparación y/o reconstrucción de edificios, como también minimizar el tiempo de inactividad en el uso del inmueble durante esos períodos de reparación o reconstrucción después de un terremoto o cualquier otro evento destructivo. Hay varios factores que, en los recientes años, han llevado a buscar soluciones constructivas diferentes al uso de acero y hormigón, que no solo satisfagan los requerimientos estructurales contra sismos, sino que además, tengan una importante reducción del tiempo de construcción, de los costos y de los efectos medioambientales que se derivan de las diferentes técnicas de edificación.
En ese sentido, dichos factores han sido relevantes en el incremento del uso de paneles de madera marco-plataforma (entramado ligero de madera) y el uso de paneles de madera masiva o maciza, tal como los paneles de madera laminada cruzada (CLT), paneles de chapa laminada verticalmente (LVL) y paneles de madera de hebra paralela (PSL) en proyectos de construcción de edificaciones de más de dos o tres pisos.
Una de las principales ventajas de la construcción con este tipo de paneles de madera, es el bajo peso que tienen y por tanto, exhiben fuerzas de diseño reducidas; por otro lado, la construcción con este tipo de paneles permite una acelerada línea de tiempo de edificación en comparación con materiales y procesos de construcción usados tradicionalmente, pudiendo reducirse de meses a solo semanas. Esto se da en gran medida porque la construcción con este tipo de paneles de madera permite una línea de materiales prefabricados que pueden concebirse en espacios especializados para ello y luego transportarse hacia la zona de la construcción donde son montados.
Un factor adicional que está impulsando el aumento de la demanda de paneles de madera en proyectos de construcción es la diferencia en los tipos de mano de obra de campo requeridos; la construcción de una estructura con paneles de madera de este tipo requiere carpinteros o trabajadores de especialización general, mientras que los proyectos tradicionales de construcción de varios pisos que usan hormigón y acero requieren mano de obra especializada en acabados de hormigón y enfierradores, generalmente a tasas de trabajo más altas que los carpinteros y trabajadores de especialización general. Otro factor que ha impulsado no solo la demanda de paneles hechos completamente de madera para construcciones, sino que también la demanda de paneles mixtos con marcos de materiales prefabricados de hormigón o acero y normalmente con revestimiento de placas de madera, es el beneficio medioambiental respecto de la limpieza en la construcción, los desechos y la capacidad de reciclado de los materiales, que en el caso de la construcción con paneles prefabricados de madera o con marcos de acero, es más limpia y son completamente reciclables; en tanto la construcción tradicional con hormigón armado de moldaje in-situ, conlleva un proceso que es bastante sucio, deja muchos desechos, y en cuanto a la capacidad de reciclaje, presenta un gran problema, pues si bien la enfierradura es reciclable, el concreto no lo es, precisando un costoso y complejo proceso de destrucción para lograr la separación de dos materiales diferentes y poder recuperar la enfierradura en caso de que se lleve a cabo la demolición de la edificación.
Ejemplo de este tipo de construcción a base de paneles compuestos se puede ver descrita en la patente norteamericana US9765510 (B2) del 19/09/2017 de Miller, C., donde se describe un sistema de paneles estructurales para uso en construcción liviana, normalmente de un piso o dos; en ese caso, si bien los paneles descritos son mixtos por el uso de un marco interior que puede ser de madera o metal revestido por placas de madera por cada lado y unidos mediante conectores tipo tornillo, este tipo de sistemas no permiten edificaciones de más de dos pisos usados como muros de corte, pues por los espesores de los materiales, la estructuración del marco y principalmente por los medios de conexión, se ve que son para estructuras de baja solicitaciones de carga, con baja resistencia sísmica.
En especial, este tipo de sistemas usan placas de madera muy delgadas, de 11 a 15 mm. si son de OSB o contrachapado, donde ese espesor no es suficiente para empotrar conectores de diámetros que generen una conexión suficientemente dúctil y resistente, capaz de disipar la energía. Así, la principal desventaja de este tipo de sistemas livianos es que no poseen capacidad estructural para cargas sísmicas de edificios de 5 a 10 pisos. Por lo anterior, se han desarrollado otros sistemas constructivos a prueba de eventos sísmicos, donde se ha buscado el uso de paneles de madera más gruesos que ofrezcan capacidades resistentes mucho mayores, que no son equivalentes al uso de tableros como el OSB o el contrachapado, sino que poseen espesores mayores a 60 milímetros, tal como la madera laminada cruzada (CLT- cross laminated timber).
Ejemplo de esto se ve en la solicitud de patente japonesa JP2018080569 (A) publicada el 24/05/2018 de Sadahiro Osamu, el al. que propone un “Muro de madera a prueba de terremotos”, el que apunta a prevenir la fractura por fragilidad, a través de un muro compuesto por paneles de CLT apilados verticalmente, pero separados mediante una dilatación, cada uno del alto de la mitad del entrepiso, hay uno superior unido a una viga superior de un marco de acero mediante una conexión de alta resistencia, y hay otro panel inferior unido a una viga inferior del marco respectivamente mediante la misma conexión; en este caso, la disipación de energía proviene de un elemento conector tipo placa coplanar entre los dos paneles de muros, el cual está diseñado con una resistencia menor que las uniones entre los paneles de CLT y las vigas de acero.
La desventaja o el problema que tiene esta solución, es que se concentra todo el trabajo del CLT en una sola ubicación, es decir, toda la transmisión del corte y la disipación está concentrada en el elemento conector coplanar dispuesto entre los dos paneles, de modo que trabaja una pequeña porción de los paneles de CLT, haciéndolo poco eficiente; también se ve que hay distintos tipos de conexiones, unas entre los paneles del CLT al marco y otra entre dichos paneles, lo incide en el esquema de disipación de energía; en esta patente es el conector tipo placa del medio el que concentra toda la deformación y el corte, pues las uniones superiores muchas son con barras de acero encoladas, éstas no disipan energía.
En varias soluciones de este tipo se produce el problema de que el marco de acero utilizado y el CLT son dos sistemas resistentes que trabajan en paralelo y no forman un sistema único; el marco de acero resiste principalmente las fuerzas verticales mientras que el muro de CLT resiste las fuerzas laterales, de modo que en este tipo de estructuras el sistema gravitacional está separado del CLT, específicamente, en este documento recién citado son unas vigas grandes las que llevan las cargas a las columnas, esto se evidencia al notar que el CLT tiene una dilatación y está separado, por lo tanto no transmite carga vertical.
Por otro lado, este tipo de sistemas no abordan el problema del levantamiento, así que no ofrecen soluciones que eviten el efecto del volcamiento o rocking y en el caso de este documento japonés se usa la estructura de acero principal, ese marco es el que trasmite el momento y el vuelco, no lo hace el CLT, lo cual requiere vigas dimensionalmente importantes, transformándose en un sistema poco eficiente y de mayor costo. Al ser un marco de acero la estructura principal, y hacer funcionar el CLT solo como un dispositivo de arrio stramiento a fuerzas laterales para darle rigidez al marco principal, es un sistema mucho más flexible y por lo tanto, con falta de rigidez suficiente como para resistir grandes fuerzas sísmicas y hacer cumplir la estructura con un desplazamiento o drift ( que es la deformación máxima horizontal permitida entre dos pisos en un evento sísmico ) admisible estricto, como se establece en normas de construcción en la mayoría de los territorios de alta concurrencia sísmica.
En el arte previo se conocen algunas soluciones que apuntan a resolver el problema del efecto de volcamiento y por ende, el problema del desplazamiento entrepisos que se produce por sismos, tal como el uso de tendones que se ve en la solicitud de patente australiana AU2015367279 (Al) publicada el 15/06/2015 de Murray-Parkes, L, donde se describe un Sistema de Conexión para muros apilados en altura de un edificio, que permite post-tensionar dichos muros. Este sistema utiliza el CLT y una serie de arreglos por medio de tubos de acero y cables que presentan la característica de proveer resistencia a fuerzas laterales (viento y sismo). Este documento contiene arreglos que ayudan a resolver el problema del rocking o volcamiento de los paneles de CLT, pero no cuantifica qué tanto ayuda a mejorar la ductilidad.
Por otro lado, la desventaja más importante radica en que es un sistema bastante elaborado, luego requiere la fabricación de muchas piezas especiales que posiblemente resultan bastante costosas cuando se quiera utilizar en un edificio que se ubique en una zona de alta sismicidad. Requiere fabricar muchas piezas y componentes de acero con muy buena precisión, es decir, requiere fabricación especializada, para finalmente ensamblar todo esto en el muro requiriendo muchas labores in-situ que encarecen la construcción. Colocar todo lo anterior en muros de edificios en una zona sísmica alta, donde la mayoría de los mismos se disponen como muros estructurales de corte, y cada uno de ellos requiera todos estos tubos y piezas de acero debe resultar siendo muy costoso. Por lo tanto, se estima que esto puede ser de utilidad en zonas de baja sismicidad, donde se requiera que solo unos pocos muros sean estructurales de corte.
La construcción a base de paneles de madera masiva, tal como los paneles de madera laminada cruzada (CLT- siglas del nombre en inglés cross laminated timber), tienen como principal característica que son auto soportantes y permiten la rápida prefabricación de viviendas y edificios, siendo usado en losas, techos y como muros de corte, con el fin de obtener estructuras más rígidas.
En ingeniería estructural, un muro de corte es un sistema estructural compuesto de paneles de pared rígidos para contrarrestar los efectos de la carga lateral en el plano que actúa sobre una estructura. El viento y las cargas sísmicas son las cargas más comunes que los muros de corte están diseñados para resistir.
En virtud de varias normas de construcción, el diseñador es responsable de diseñar una cantidad, longitud y disposición apropiadas de las líneas de muro de corte en ambas direcciones ortogonales del edificio para resistir de manera segura las cargas laterales impuestas. Las paredes de corte pueden ubicarse a lo largo del exterior del edificio, dentro del interior del edificio o en una combinación de ambos.
Cuando un muro de corte se somete a una fuerza de volcamiento o “rocking”, los conectores y anclajes se distorsionan y esta fuerza de volcamiento impone un desplazamiento horizontal en el sistema lateral o “drift”. La resistencia de los muros de corte de madera es un factor importante para determinar la respuesta de los muros de corte al viento y las fuerzas sísmicas; a menor resistencia, mayor es el efecto de volcamiento.
Así, durante un evento de carga sísmica u otro tipo de carga de alta intensidad, los muros de corte pueden balancearse hacia un lado o hacia el otro, y de regreso de manera independiente, bajo la influencia de la fuerza lateral u horizontal. En cualquier caso, los muros de corte se balancean de lado a lado alrededor de su punto de unión al soporte de la base, es decir, sobre sus respectivos amarres al soporte de la base. El balanceo de muro independiente permite la amortiguación de movimiento o disipación de energía en los conectores, ya sean conectores de unión entre paneles adyacentes o conectores de unión entre un panel y su marco estructural interior.
En relación con el problema del efecto de volcamiento de los muros de corte, efecto conocido en el rubro como “ rocking ”, esta rotación concentra el daño en los anclajes inferiores, lo que provoca la falla por aplastamiento del muro y la solera. A su vez, esta rotación rígida incrementa notablemente el desplazamiento lateral de los pisos, lo que aumenta la deformación de entrepiso (drift).
Existen normas de diseño sísmico de edificios, donde esta normativa define el valor del factor de la respuesta sísmica (R) y el valor máximo del desplazamiento de entrepiso de las estructuras (el desplazamiento de entrepiso es la deformación máxima horizontal permitida entre dos pisos en un evento sísmico); en tanto, el coeficiente R es un factor que básicamente permite disminuir las fuerzas sísmicas con las que se diseña de tal modo que cuanto mayor sea más se pueden reducir y más barata sale la estructura. Detallando un poco más este concepto, se tiene que la fuerza de diseño es igual a la fuerza elástica (que depende del peso de la estructura y su rigidez) partida por el valor R, es decir:
Fuerza de diseño = Fuerza elástica / R
Así, cuanto mayor es el valor de R, menor es la fuerza de diseño. En zonas altamente sísmicas existen normas muy exigentes de diseño sísmico de edificios, lo que hace que el CLT y estructuras similares de madera tengan un factor de la respuesta sísmica (R) muy bajo (=2), implicando que las fuerzas con las que se debe diseñar un edificio serán mayores y por ende, mucho más caro. Y también se da que el valor máximo del desplazamiento de entrepiso permitido es muy discreto (solo un 2 por mil en países altamente sísmicos) lo que indirectamente obliga a que los sistemas de muros tengan que ser muy rígidos para poder cumplir con este requisito. Esto es un problema no menor en estructuras de madera convencionales, porque son más flexibles. Dada la relativa baja capacidad en carga axial de los muros de madera convencionales (tipo marco -plataforma), ocurre que los edificios construidos con madera deben emplear una gran cantidad de muros.
La principal dificultad de los muros de CLT es el problema de rotación de cuerpo rígido causado por su naturaleza estructural flexible, que los define como poco rígidos para resistir grandes fuerzas sísmicas, de modo que una edificación con este tipo de muros estructurados completamente a base de CLT implicaría el uso de una alta cantidad de muros, encareciendo el sistema.
Por todo lo anterior, se evidencia la necesidad de un sistema de muros de corte que permita edificaciones de mediana altura en madera para zonas altamente sísmicas, logrando aumentando el factor de reducción de diseño sísmico R para la construcción con madera; de modo que si se aumenta la capacidad de carga axial respecto de los muros de madera convencionales mediante el uso de CLT se podrá disminuir considerablemente la cantidad de muros de corte necesarios y reduciría notablemente los costos de construcción.
Así, la presente invención viene a proponer un sistema de muros de corte con una configuración híbrida funcionalmente integrada de paneles de madera masiva contra laminada CLT y un marco interior de otro material diferente al de dichos paneles, donde esta estructura presenta una alta capacidad de resistir carga lateral, mayor rigidez, mayor ductilidad y capacidad de disipar energía que los paneles de madera convencionales, presenta reducido efecto de volcamiento, disminuyendo notablemente el desplazamiento lateral de los pisos y disminuyendo las fuerzas sísmicas con las que se diseñe, lo hace competitivo económicamente.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de muro de corte híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva de más de dos pisos en zonas sísmicas, que presenta un comportamiento dúctil, rigidez y reducido efecto de volcamiento frente a una carga lateral causada por eventos naturales destructivos, tal como sismos o vientos fuertes.
La invención es un sistema de muro de corte que, usando madera masiva como uno de sus componentes esenciales, permite alcanzar una altura de edificios de más de 2 pisos con menor número de muros que los que necesitan otros sistemas estructurales de madera, con mayor ductilidad y capacidad de disipar energía, sin rotaciones rígidas que concentran el daño en los anclajes principales, y competitivo económicamente.
La presente invención tiene por objetivo proponer un sistema de muro de corte rígido y altamente resistente a cargas sísmicas, en base, principalmente a una estructura híbrida de paneles de madera masiva y un marco interior formado por otros materiales diferentes a dicha madera masiva, donde tanto el marco como los paneles de madera actúan de manera concomitante como un solo sistema.
Otro de los objetivos de la invención es proveer un sistema de muro de corte que presenta una alta ductilidad concentrada en un alto efecto de disipación de energía del sistema, logrando que la carga se distribuya uniformemente a lo largo de todo el perímetro del muro de corte.
Aún otro objetivo de la invención es proveer un sistema de muro de corte que permite una importante reducción del efecto de volcamiento, evitando el levantamiento y desplazamiento de los muros, lo que se traduce en una mayor rigidez y reducción del valor máximo del desplazamiento de entrepiso ( drift ). Otro objetivo de la invención es proveer un sistema de muro de corte que permite reducir costos de rehabilitación posteriormente al evento sísmico, logrando que la integridad no quede comprometida en daños en los elementos de soporte de cargas gravitacional.
Así, el presente sistema de muro de corte comprende una estructura híbrida, con un marco interior articulado y paneles exteriores de madera masiva unidos a ambas caras del marco, formando una estructura tipo sandwich, donde los paneles están unidos al marco por medio de conectores individuales disipadores de energía y donde el marco interior comprende nodos articulados de unión entre columnas y soleras que conforman al marco.
El muro de corte comprende además medios autocentrantes que consisten en tensores postensados dispuestos a lo alto del muro y preferentemente solo en los bordes laterales del muro, los están asociados solo a las columnas o alternativamente, asociados a las columnas y a los extremos de las soleras conjuntamente. Esta relación y el funcionamiento de los medios autocentrantes postensados se explicará más adelante.
El marco interior se conforma de columnas y soleras, donde las columnas son un conjunto de pilares de carga vertical que al menos comprende dos columnas laterales extremas, ubicada cada una en cada uno de los bordes laterales del muro de corte.
Este conjunto de columnas puede incluir, además, al menos una columna intermedia dispuesta entre las de extremo; la presencia de esta columna intermedia dependerá de las dimensiones del muro de corte, de modo que un muro poco ancho construido con un solo panel de madera masiva podría no necesitar una columna intermedia, en cambio si el muro es de una longitud donde se requieren al menos dos paneles de madera adyacentes entre sí, la o las columnas intermedias se disponen justo donde coincide la juntura de unión entre dichos paneles adyacentes, de modo que los conectores disipadores de energía, que conectan a los paneles de madera con el marco, tengan un soporte de anclaje.
Cada una de las columnas, sean laterales extremas o intermedias, están formadas por un cuerpo vertical que puede ser sólido o tubular, preferentemente de sección rectangular, en las que se define una cara menor superior, una cara menor inferior, una cara longitudinal exterior, una cara longitudinal interior y caras frontales opuestas entre sí.
Las columnas laterales extremas, de manera particular, comprenden medios de paso de dichos tensores postensados, los que van por dentro y a lo largo de su eje longitudinal. Estos medios de paso pueden consistir en canales longitudinales extendidos desde la cara menor superior hasta la cara menor inferior de la columna, donde esta solución a base de canales es especialmente aplicable en los casos en que las columnas están fabricadas de un material sólido, tal como madera u hormigón; pero en el caso de ser cuerpos tubulares, como por ejemplo un perfil tubular de acero, estas columnas no necesitan adicionar canales, sino que los tensores pasan libremente por la cavidad del perfil.
En realizaciones alternativas dichas columnas laterales pueden comprender dos, tres, cuatro o más canales longitudinales por donde atraviesan dichos tensores postensados.
Siguiendo con la descripción de la estructura del marco interior, se tiene que éste comprende una solera superior y una solera inferior, donde cada una de ellas está conformada por un cuerpo horizontal que puede ser sólido o tubular, preferentemente de sección rectangular, donde se definen caras menores laterales, una cara longitudinal exterior, una cara longitudinal interior y caras longitudinales frontales opuestas entre sí.
Estas soleras pueden comprender al menos dos canales transversales por donde atraviesan dichos tensores postensados, de modo que en una realización alternativa, dichas soleras carecen de esos canales, dependiendo de la configuración y material de fabricación del marco.
Así, las configuraciones que el marco interior puede adoptar van a depender principalmente del material utilizado; en una realización del marco interior con perfiles tubulares de acero, las soleras superior e inferior adquieren el ancho total del muro, donde la cara longitudinal interior de dicha solera superior se posa de tope sobre las caras menores superiores de las columnas, mientras que las caras menores inferiores de las columnas se posan de tope sobre la cara longitudinal interior de la solera inferior.
En este caso, dado que son perfiles tubulares, los tensores postensados pasan libremente por dentro del perfil que conforma a las columnas, pero para atravesar las soleras y permitir que los tensores sobresalgan desde los bordes superior e inferior del muro, dichas soleras deben incluir, en cada zona de extremo, canales o aberturas transversales que se extienden entre su cara longitudinal interior y la cara opuesta longitudinal exterior.
Esta configuración del marco interior puede ser también aplicada en el caso de que columnas y soleras sean fabricadas de hormigón, pero en este caso, dado que las piezas son un cuerpo sólido, es necesario que dichas columnas comprendan al menos un canal longitudinal para dejar pasar al menos un tensor postensado, mientras que las soleras deben comprender, en cada zona de extremo, canales transversales que se extiendan entre su cara longitudinal interior y su cara opuesta longitudinal exterior.
En una realización del marco interior fabricado con columnas y soleras de madera, dada la flexibilidad del material es necesario evitar el aplastamiento del borde superior de las columnas, de modo que se colocan las soleras por dentro de las columnas laterales, así, estas últimas se extienden por el alto total del muro; específicamente, las caras menores laterales de la solera superior quedan de tope con una zona superior de la cara longitudinal interior de las columnas laterales, mientras que las caras menores laterales de la solera inferior quedan de tope con una zona inferior de la cara longitudinal interior de las columnas laterales. Esta configuración del marco interior puede ser también aplicada en el caso de que columnas y soleras sean fabricadas de hormigón.
En realizaciones como la recién descrita, dado que columnas y soleras son cuerpos sólidos, para hacer pasar los tensores postensados, se debe seguir el mismo tratamiento que las piezas de hormigón, es decir, se debe proveer de canales longitudinales en las columnas para dejar pasar los tensores. Así, en cualquiera de las configuraciones del marco recién descritas, es posible adicionar una columna intermedia, la que tendría las mismas condiciones que las columnas laterales; aunque en una realización alternativa preferente, la columna intermedia no comprende canales longitudinales para los tensores, pues esa pieza prácticamente no trabaja.
En una configuración final del marco, el conjunto de las caras frontales de columnas y soleras conforman las superficies de soporte donde se anclan o fijan los conectores disipadores que unen a cada uno de los paneles de madera masiva con el marco interior. Estos conectores disipadores de energía son elementos individuales entre sí, que se instalan en todo el perímetro del panel. Con ello se entiende que si el muro comprende dos placas de madera masiva adyacentes una al lado de la otra, entonces el marco comprende al menos una columna intermedia donde también los conectores disipadores son fijados.
Los paneles de madera masiva, como el CLT, son relativamente rígidos y, por lo tanto, la disipación de energía debe lograrse mediante el comportamiento dúctil de las conexiones entre diferentes elementos del muro de corte. Por lo tanto, se necesitan conectores de alta capacidad de deformación de carga que proporcionen una alta ductilidad o disipación de energía histerética para lograr un rendimiento aceptable de los edificios de paneles de madera masiva durante eventos tales como terremotos o grandes cargas de viento.
En la presente invención, los conectores disipadores son de metal, del tipo clavijas, seleccionados entre el grupo de pasadores, tornillos y clavos. Para unión del panel CLT con un marco de acero, los conectores son preferentemente pasadores autoperforantes. En tanto, cuando el marco es de madera o de hormigón, los conectores son preferentemente tornillos roscados en toda su extensión. La función de los conectores autoperforantes es arriostrar el marco respecto de la fuerza sísmica de corte. Los conectores son el punto débil de la estructura, de modo que el fallo se produce intencionalmente allí, lo que permite mucha ductilidad hasta alcanzar el fallo último. La característica esencial del sistema referida a su condición de muro híbrido, está dada porque, tal como ya se mencionó, el marco interior es de un material diferente al material de los paneles de madera masiva que se fijan por fuera. Así, las columnas y soleras del marco son de un material que puede ser seleccionado de entre materiales tales como perfiles de acero, hormigón postensado o madera laminada.
En el caso de ser de acero, son perfiles tubulares, preferentemente con una resistencia desde ASTM A-36 a ASTM A-53 (240 a 365MPa). Si son de hormigón, comprenden preferentemente una resistencia a la compresión del rango entre 20 a 35 MPa, donde las columnas laterales extremas son de hormigón postensado. Mientras que si son de madera, son laminadas, con una resistencia del rango entre 1.3E y 1.55E; siendo preferentemente de madera laminada reconstituida LSL (Laminated Strand Lumber) o MLE (Madera Laminada Encolada) o LVL (Laminated Veneer Lumber).
En cuanto a los paneles exteriores del muro de corte, son paneles de madera estructural, preferentemente, los paneles son de madera masiva contra laminada (CLT) con un espesor entre 60 mm y 100 mm. Es importante que los paneles sean gruesos, tal como el CLT de espesor entre
60 a 100 milímetros, porque ofrecen capacidades resistentes mucho mayores, toda vez que al conectar el CLT con el marco, la longitud de conector que queda dentro del panel de CLT es mayor si se compara con la longitud embebida del mismo dentro de un tablero típico de OSB o contrachapado (plywood). La importancia de usar un panel grueso como en este caso el CLT, hace que su uso no sea equivalente al uso de cualquier tablero, porque el CLT dado su grosor de 60 a 100 mm, alcanza a empotrar el conector (tornillo, pasador o clavo largo) dentro del mismo, y logra que forme una rótula plástica en la interfase del marco con el CLT a medida que se deforma el muro y se desliza el CLT respecto al marco de acero. Pero en cuanto al requerimiento de un espesor grueso del panel exterior, este no es alcanzable con cualquier panel grueso de madera masiva disponible en el mercado, como por ejemplo, el LVL (Laminated Veneer Lumber), que podría parecer equivalente al CLT.
El LVL es producido encolando chapas de madera juntas en una gran moldura, la cual después es aserrada a las dimensiones deseadas dependiendo de la aplicación constructiva, sin embargo las chapas son encoladas de forma tal que la dirección de la fibra o grano de la madera se dispone en una sola dirección, la dirección del eje longitudinal o más larga del elemento estructural, esto implica que solo tiene una resistencia importante en el eje longitudinal del mismo, en consecuencia solo es eficiente para solicitaciones de carga en un solo sentido.
Por el contrario, el CLT consiste en varias capas de tableros de madera apilados y encolados juntos de forma cruzada u ortogonal (típicamente encolados a 90 grados), debido a lo cual resiste solicitaciones de carga tanto en la dirección longitudinal del elemento como en la dirección transversal, lo que determina que pueda tomar cargas de corte, y no solo las axiales. Si se piensa en muros de ambos materiales en un edificio, los muros de LVL solo pueden tomar por ejemplo carga axial vertical del peso propio, en cambio los muros de CLT pueden tomar ambas cargas, la vertical y la horizontal por viento o sismo. Por consiguiente, se tiene que no son materiales técnicamente equivalentes, debido a que el CLT aborda otra necesidad estructural; en este sentido no puede reemplazarse el CLT por el LVL para una aplicación como la propuesta en esta invención, debido a que no se conseguiría el mismo resultado.
Los materiales del marco conectados al CLT, generan menor resistencia de aplastamiento y regula el efecto frágil que puede ocasionar un muro tradicional de CLT. La utilidad del LVL y otros materiales es el de coordinar y reforzar el esfuerzo producido en las uniones. Las maderas masivas como GLT (Glulam), maderas micro laminadas LVL, LSL son materiales que contrarrestan el efecto de carga lateral en una sola dirección, en cambio, en la otra dirección son débiles. La madera en general tiene mucho mayor resistencia y rigidez en la dirección de las fibras. Los paneles de CLT presentan fibras orientadas en ambas direcciones dentro del plano. Dado lo anterior, la invención propone esta estructura de muro de corte en sándwich para proveer un mejor comportamiento sísmico. Los elementos del marco del muro soportan la carga axial, así mismo, el esfuerzo entre los paneles de CLT conectados al marco generan mayor resistencia al corte. Lo anterior, depende del tipo de uniones al que está conectado el entramado del muro, es decir, las uniones entre columnas y soleras.
Por lo mismo, otra de las características esenciales de este sistema de muro de corte, es que el marco interior es articulado, lo que está dado porque los puntos de unión entre soleras y columnas son ensambles del tipo nodos articulados, consistentes en un medio de unión mecánica normalmente pivotante que permite un ensamble con movimiento relativo en un plano, entre dichas columnas y dichas soleras.
Al disponer de este tipo de uniones en la estructura del marco interior, se logra que la rigidez y resistencia lateral del muro esté dominada por los paneles exteriores de madera masiva. Esto permite una predicción certera de esfuerzos en los componentes y especialmente en las uniones, de tal modo que el diseño estructural y su respuesta experimental puede ser predicha de forma sencilla con gran precisión.
La conjunción de las uniones articuladas permanecen en régimen elástico, limitando los desplazamientos de cuerpo rígido. Así, la deformación predominante para muros no esbeltos es claramente de cortante, de tal modo que la capacidad y la rigidez pueden asumirse proporcional a la longitud del muro.
Si las columnas y soleras son de perfiles de acero, el medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados consiste, preferentemente, en un par de platinas de soporte, rígidas, paralelas entre sí atravesadas por un pasador de unión transversal.
Si las columnas y soleras son de madera, entonces el medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados, consiste preferentemente en un taco de soporte adosado a las columnas, y sobre los que se asientan los extremos de las soleras. Adicionalmente se puede fijar la solera a la columna mediante un pasador diagonal, de modo que permita el movimiento articulado entre ellos.
Si las columnas y soleras son de hormigón, entonces el medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados puede consistir en una ménsula de asiento proyectada lateralmente desde la columnas, formando parte integral de ésta, como una sola pieza o como una pieza adicionada, y sobre la ménsula se asientan los extremos de las soleras de hormigón, pudiendo adicionar un pasador que permita el movimiento relativo entre las piezas, en un solo plano.
Otra de las características esenciales de este sistema de muro de corte son los medios autocentrantes, los que permiten que la estructura del muro adquiera rigidez en un régimen elástico que reduce el efecto de volcamiento del muro, disminuyendo la factibilidad de balancearse lateralmente y a la vez permite que después de recibir una solicitación de alta carga lateral, se restablezca la estructura adquiriendo su posición original.
Los medios autocentrantes del muro de corte propuesto, consisten en tensores no adheridos cuya posición va a lo alto del muro del corte, permitiendo una unión elástica del muro con una fundación o con otro muro apilado uno sobre otro en posición coplanar.
Estos tensores comprenden un extremo inferior y un extremo superior opuesto, donde el extremo inferior puede ir anclado y embebido en una fundación, lo que sucede en el muro de corte inferior o de base en una edificación; o alternativamente, el extremo inferior se fija de manera axialmente ajustable a un conector de coplas entre muros que permite el ajuste postensado del extremo inferior de un muro superior apilado sobre el extremo superior de un muro inferior.
En tanto, el extremo superior de los tensores puede ir fijo, aunque de manera axialmente ajustable, a un conector de coplas entre muros, que permite el ajuste postensado del extremo inferior de un muro superior apilado sobre el extremo superior de un muro inferior; o dicho extremo superior también puede ir fijo, de manera axialmente ajustable, a una placa de anclaje ubicada en el borde superior de un muro, en base a la cual se postensa el tensor.
Los tensores pueden ser barras de acero hiladas, no adherentes, con fijaciones ajustables en sus extremos del tipo placa de anclaje, o pueden ser cables de acero tipo torón, no adherente, postensable con cuña y placa de anclaje.
En una ejemplificación de montaje de dos muros de corte apilados entre sí, de acuerdo a la presente invención, se vería que un primer muro de corte se dispone sobre una fundación y siendo, por ejemplo, que el muro comprende un marco interior de perfiles de acero, donde las soleras superior e inferior se extienden abarcando todo el ancho del muro, entonces la solera inferior de este primer muro presenta medios de unión simple con dicha fundación, tal como unos pernos de anclaje distribuidos a lo largo de ella; en tanto, las columnas laterales contienen en su interior a los tensores autocentrantes, donde el extremo inferior de ellos se hormigona a la fundación y el extremo superior opuesto, se une a un conector de acople que permite la unión axial entre dichos tensores y a la vez, entre el primer muro y el segundo muro colocado apilado sobre el primero.
Así, este segundo muro queda montado de manera coplanar al primero, solera con solera, permitiendo que los tensores del primer muro se extiendan hacia el segundo a partir del conector de coplas, donde el extremo superior del tensor queda fijo al borde superior del segundo muro en una placa de anclaje.
Alternativamente, en edificaciones de baja altura, los tensores podrían ser elementos continuos desde la fundación hasta el borde superior del muro superior, prescindiendo del conector de acople entre muros. Por otro lado, los muros pueden considerar medios de anclaje lateral del tipo claves de corte.
En funcionamiento, la estructura del marco está sometida a un régimen elástico permanente que se rigidiza con la participación estructural de los paneles de madera una vez que son conectados al marco por medio de los conectores disipadores, donde estos paneles de madera cumplen la función de arriostrar los elementos de carga del marco interior, además de cumplir la función de resistencia a carga axial en concomitancia con el mismo marco, actuando ambos elementos como un solo sistema.
El efecto deseado, dentro de la combinación de los materiales de CLT en los paneles exteriores; acero, hormigón, madera LSL o LVL en el marco interior, junto a las uniones articuladas entre las columnas y soleras que conforman al marco, más los tensores postensables ubicados en los bordes de extremo del muro, que en conjunto disponen la estructura en un régimen elástico; más los conectores disipadores de energía, permiten un comportamiento dúctil del muro y al mismo tiempo rígido, en comparación con los muros usuales construidos de madera en general.
Así, es posible describir de un modo más preciso, cómo es el comportamiento de cada uno de los componentes del muro de corte que es motivo de la presente invención: los paneles de CLT otorgan rigidez y resistencia lateral, sometidos a solicitaciones de corte simple; el marco interior sirve como un mecanismo que permite trasladar la carga lateral del piso a los paneles de madera, donde sus nodos articulados permiten que el marco se desplace lateralmente sin oposición, atribuyendo toda la resistencia y rigidez lateral a los paneles exteriores de madera. Por su parte, los tensores postensados evitan el levantamiento de cuerpo rígido en el lado traccionado del muro, y en conjunto con los anclajes de la solera inferior, impiden también el desplazamiento lateral del muro; los conectores disipadores que unen a los paneles exteriores con el marco interior, permiten la acción arriostrante de los paneles de CLT, y funcionan como la parte débil del sistema, de tal modo que previenen la rotura de los paneles, del marco u otros componentes.
En el sistema de muro de corte de la presente invención, la deformación no sucede por vuelco del muro sino por el corte de los paneles y en especial el corte en los conectores que unen a los paneles con el marco interno. Dicha deformación por corte es mucho más ventajosa porque permite evitar deformaciones adicionales de cuerpo rígido y en especial provoca que la capacidad y rigidez del muro sea linealmente proporcional a su longitud, lo que se traduce en un comportamiento mecánico mucho más predecible y controlado.
Otra propiedad ventajosa, es que se logra un espacio intermedio vacío entre los dos paneles de CLT en donde puede colocarse el aislamiento térmico de igual modo que en un marco plataforma. En este sistema es posible poner el aislamiento dentro, mientras que en muros fabricados completamente de CLT convencional se deben instalar tornillos y una terminación para fijar el aislamiento por afuera, ya que al ser un tablero macizo no es posible poner el aislamiento. Otra ventaja tremendamente notable de este sistema es que es posible poner las instalaciones (fontanería, electricidad, etc) en el interior del muro, igual que el sistema plataforma. En el CLT convencional las instalaciones son mucho más complicadas de incorporar en los muros.
Este sistema es más barato que un muro convencional. En general, los muros de CLT se dimensionan según la carga sísmica que deben soportar. De este modo, se puede mostrar el siguiente ejemplo en base a la Norma de Diseño Sísmico de Chile:
En un muro convencional de CLT a) se ocupa el siguiente volumen de madera: 100 mm de espesor, 2,4 m de alto y 2,4 m de ancho = 0,576 m3 de madera. b) la resistencia típica es de 75 kN. c) es decir se obtienen 75 kN/0,576 m3 = 130 kN de resistencia por cada m3 de madera. d) lo anterior es sin considerar el factor de reducción de la respuesta sísmica. Ahora bien, considerando que para el CLT convencional R=2, nos da que la fuerza de diseño que el muro es capaz de resistir es 130 x 2 (=R) = 260 kN / m3. Es decir, si se tiene que resistir una fuerza de 260 kN en un edificio de CLT, la norma chilena NCh433 me deja reducir la fuerza por 260/R= 130 kN, lo que implica que en realidad puedo resistir 260 kN de fuerza lateral (sísmica) por cada m3 de madera que ocupo. e) los anclajes que se requieren son típicamente dos “hold-down” y cuatro claves (ángulos de corte).
En la presente invención de muro con CLT a) se ocupan típicamente 2 placas de 60 mm=120 mm de espesor, 2,4 m de alto y 2,4 m de ancho, es decir 0,691 m3 de madera. Suponiendo pies derechos de madera laminada de sección transversal 24 cm x 9 cm y una longitud total de 10,8 m (2 soleras de 2,4 m y 3 pies derechos de 2 m) estaríamos ocupando 0,24 x 0,09 x 10,8 = 0,23 m3 de madera en el entramado (marco) interno. Es decir, estaríamos ocupando 0,691 m3 en CLT + 0,23 m3 en madera laminada = 0,921 m3 de madera por cada muro. b) la resistencia típica es de 220 kN. c) se obtienen 220 kN/0,921 m3 = 239 kN/m3 de madera. d) considerando que es más que probable que el R=5,5 como el marco plataforma (actualmente de hecho se está modificando el R del marco plataforma por 6,5), obtenemos entonces que 239 x 5,5 = 1315 kN de fuerza lateral puedo resistir con cada m3 de madera. e) los anclajes que se requieren son típicamente 2 cables de acero y varios pernos de anclaje.
De lo anterior se puede concluir que, a groso modo, que con el sistema convencional se puede resistir típicamente 130 kN por cada m3 de madera que se ocupa, mientras que con la presente invención se puede resistir 239 kN por cada m3 de madera que se ocupa, es decir, el nuevo sistema permitiría resistir un 84% más fuerza por cada m3 de madera empleada (casi el doble). Sin embargo, lo anterior es sin considerar el hecho de que las normas de construcción (por ejemplo la norma chilena NCh433) permiten incrementar la fuerza que puede resistir un muro si es que éste es dúctil.
Asumiendo que la presente invención pueda ocupar el factor R de un marco plataforma convencional, el sistema podría resistir una fuerza de 1315 kN por m3 de madera, mientras que un muro convencional (con mucha menos ductilidad) podría resistir 260 kN por m3, es decir, la invención en la práctica debería poder resistir un 505% más. Esto implica que un edificio con este sistema requeriría sólo 1/5 (20%) de los m de madera que requiere un sistema convencional en muros. Habitualmente los costos de las losas suponen el 50% de la obra gruesa, y el costo de los muros el otro 50%, lo que implica que el edificio debería ocupar 100% madera en losas y 20% de madera en muros, es decir que los costos del edificio en cuanto a la madera deberían ser como el 60% de un edificio convencional (por lo que efectivamente es mucho más barato).
Lo anterior es solo considerando los costos de la madera, pero deben considerarse también las uniones. Los “hold-down” que hay que emplear en el CLT convencionales son muy caros (se requieren los tamaños XXL), mientras que en este sistema se emplearían cables de acero. Respecto de las claves de corte de un muro convencional, estas son claramente más caras que los pernos de anclaje que se emplean en este sistema.
Por todo lo anterior, se estima que los precios de los anclajes en ambos sistemas son similares. Linalmente, el sistema de la presente invención emplea más tornillos, clavos o pernos, en comparación al sistema convencional, esto es para unir los tableros al marco rígido interior. Estos costos dependen del conector específico empleado, pero por ejemplo los clavos de grandes dimensiones son muy baratos. Por todo lo anterior, el sistema que se propone es claramente mucho más barato. Las uniones podrían ser un poco más caras (por el número de clavos/tornillos que deben emplearse) pero los anclajes son casi los mismos. Sin embargo, el volumen de madera que se ocuparía sería mucho menor. En definitiva, uso más clavos para sacarle mucho más partido al material, y eso hace que sea más barato.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Una descripción detallada de la invención se llevará a cabo en conjunto con las figuras que forman parte integral de esta presentación, donde: La figura 1 muestra una vista isométrica en explosión de acuerdo a una primera realización del muro de corte.
La figura 2 muestra una vista en elevación frontal de la primera realización del muro de corte.
La figura 3 muestra una vista en elevación frontal de una segunda realización del muro de corte.
La figura 4 muestra una vista isométrica en explosión, en acercamiento, de la segunda realización del muro de corte.
La figura 5 muestra una vista isométrica en explosión parcial de la segunda realización del muro de corte.
La figura 6 muestra una vista en elevación lateral de la primera realización del muro de corte.
La figura 7 muestra una vista esquemática en elevación frontal de un ejemplo de montaje de dos muros de corte apilados entre sí.
La figura 8 muestra una isométrica de la primera realización del muro de corte armado.
La figura 9 muestra una isométrica en explosión de la segunda realización del muro de corte.
La figura 10 muestra una isométrica en explosión de la primera realización del muro de corte.
La figura 11 muestra una vista en elevación lateral de la segunda realización del muro de corte.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Tomando como referencia las figuras que forman parte integral de esta presentación, y así como se ilustra a modo de ejemplo en la FIG.l, la presente invención se refiere a un sistema de muro de corte (1) híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva de más de dos pisos en zonas sísmicas, que presenta un comportamiento dúctil y reducido efecto de volcamiento frente a una carga lateral causada por eventos naturales destructivos, tal como sismos o vientos fuertes.
Comprende un marco (100) interior con nodos articulados (110) de unión entre columnas (120) y soleras (130), al que se le unen paneles exteriores de madera masiva (200) en ambas caras por medio de conectores (300) individuales disipadores de energía; donde el marco (100) comprende medios autocentrantes postensados (400), los que en conjunto con los nodos articulados (110), los paneles exteriores de madera masiva (200) y los conectores (300) individuales disipadores de energía, permiten que el muro de corte (1) se comporte de manera dúctil y con reducido efecto de volcamiento frente a una alta carga lateral.
Tomando como ejemplo la FIG.2, las columnas (120) que conforman al marco (100) comprenden columnas laterales extremas (121) que contienen al menos un canal longitudinal (122) interior por donde atraviesan los medios autocentrantes (400). Las columnas (120) comprenden además, al menos una columna intermedia (123), y donde cada una de las columnas (120) exhibe una cara menor superior (124), una cara menor inferior (125), una cara longitudinal exterior (126), una cara longitudinal interior (127) y caras frontales opuestas entre sí (128).
Ahora, en referencia a la FIG.3, en esta configuración las soleras (130) que conforman al marco interior (100) comprenden una solera superior (131) y una solera inferior (132), las que contienen al menos dos canales transversales (133) por donde atraviesan dichos medios autocentrantes (400). Las soleras (130) comprenden caras menores laterales (134), una cara longitudinal exterior (135), una cara longitudinal interior (136) y caras longitudinales frontales opuestas entre sí (137). En otra configuración, como la que se aprecia en la FIG.2, las soleras (130) se disponen entre las columnas (120), y por lo tanto, carecen de canales transversales para el paso de los medios autocentrantes (400). Así como se esquematizó en la FIG.4 y, los nodos articulados (110) del marco interior (100) comprenden un medio de unión mecánica pivotante que permite un ensamble con movimiento relativo en un plano, entre dichas columnas (120) y las soleras (130). Este medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados (110) puede consistir en un conjunto o par de platinas (111) de soporte rígidas paralelas entre sí atravesadas por un pasador (112) de unión transversal; donde cada conjunto de las platinas (111), tal como se ve en la FIG.5, se puede fijar a la cara longitudinal interior (136) de las soleras (130) y luego, entre las platinas (111) se dispone cada columna (120) adosadas a las caras frontales (128) de dichas columnas.
Alternativamente, el medio de unión mecánica puede consistir en un taco de soporte (no ilustrado) adosado a las caras longitudinales interiores de las columnas, sobre los que se asientan los extremos de las soleras. Aún otra alternativa puede consistir en una ménsula de asiento (no ilustrada) proyectada lateralmente desde las columnas, sobre las que se asientan los extremos de las soleras.
Ahora, en apoyo con lo ilustrado en la FIG.6, los medios autocentrantes (400) comprenden tensores (401) no adheridos, con un extremo inferior (402), un extremo superior (403) opuesto y se disponen a lo alto del muro de corte (1). Los pueden ser barras hiladas, no adherentes, o cables de acero tipo torón, no adherente, postensable.
Como mejor se ilustra en la FIG.7, en el montaje de dos muros de corte (1) (G), el extremo inferior (402) de los tensores (401) va anclado embebido en una fundación (A) cuando se trata del muro de corte inferior (1) del primer piso; pero también, cuando se trata del muro de corte superior (G), el extremo inferior (402’) de los tensores (401’) puede ser fijado, aunque axialmente ajustable, a un conector de acople (B), donde este conector (B) permite la unión de los tensores (401), (401’) entre muros apilados. En tanto, el extremo superior (403) de los tensores (401) del muro inferior (1), va fijo, aunque de manera axialmente ajustable, al conector de acople (B); o dicho extremo superior (403’) de los tensores (401’) del muro superior (G) va fijo de manera axialmente ajustable a una placa de anclaje (D) en el extremo superior del mismo muro superior ( ).
La solera inferior (132) del muro inferior (1) se puede unir a la fundación (A) por medio de pernos de anclaje (E), que son los mismos con los que la solera inferior (132’) del muro superior (G) se une a la solera superior (131) del muro inferior (1); adicionalmente, los muros (1), (G) pueden considerar medios de fijación lateral del tipo claves de corte (F).
Así como se ve en la FIG.8, los conectares (300) disipadores de energía comprenden una pluralidad de elementos, individuales entre sí, que unen a cada uno de los paneles exteriores de madera masiva (200) con el marco interior articulado (100), los que se instalan en todo el perímetro del panel (200). Estos pueden ser conectares de metal del tipo clavijas, seleccionados entre el grupo de pasadores, tornillos y clavos, preferentemente pasadores autoperforantes y tornillos roscados en toda su extensión.
El marco interior puede adoptar diferentes configuraciones dependiendo principalmente del material utilizado; en una realización del marco interior con perfiles tubulares de acero o de hormigón, tal como se ilustra en la FIG.9, las soleras superior (131) e inferior (132) adquieren el ancho total del muro, donde la cara longitudinal interior (136) de dicha solera superior (131) se posa de tope sobre las caras menores superiores (122) de las columnas (120), mientras que las caras menores inferiores (125) de las columnas (120) se posan de tope sobre la cara longitudinal interior (136) de la solera inferior (132).
En otra realización del marco interior (100), tal como se ilustra en la FIG.10, como por ejemplo del tipo fabricado con columnas y soleras de madera, las soleras (130) van por dentro de las columnas (120), así, estas últimas se extienden por el alto total del muro; específicamente, las caras menores laterales (134) de las soleras quedan de tope con la cara longitudinal interior (127) de las columnas laterales (121). En el caso de que la configuración del muro también comprenda una columna intermedia (123), las caras menores laterales (134) las soleras llegan también de tope a los laterales de esta columna intermedia. Esta configuración del marco interior puede ser también aplicada en el caso de que columnas y soleras sean fabricadas de hormigón.
Así como se ve en la FIG.ll, preferentemente, los paneles exteriores (200) son paneles de madera masiva contra laminada (CLT) con un espesor entre 60 mm y 100 mm; las columnas (120) y las soleras (130) que conforman al marco (100) interior pueden ser perfiles de acero con una resistencia desde ASTM A-36 a ASTM A-53 (240 a 365MPa), pueden ser de hormigón con una resistencia a la compresión del rango entre 20 a 35 MPa o pueden ser de madera laminada con una resistencia del rango entre 1.3E y 1.55E.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de muro de corte (1) híbrido para construcción de edificaciones de madera masiva de más de dos pisos en zonas sísmicas, que presenta un comportamiento dúctil y reducido efecto de volcamiento frente a una carga lateral causada por eventos naturales destructivos, tal como sismos o vientos fuertes, CARACTERIZADO porque comprende un marco (100) interior con nodos articulados (110) de unión entre columnas (120) y soleras (130), al que se le unen paneles exteriores de madera masiva (200) en ambas caras opuestas, por medio de conectores (300) individuales disipadores de energía; donde el marco (100) comprende medios autocentrantes postensados (400), los que en conjunto con los nodos articulados (110), los paneles exteriores de madera masiva (200) y los conectores (300), actúan de manera conjunta como una unidad y permiten que el muro de corte (1) se comporte de manera dúctil y con reducido efecto de volcamiento frente a una alta carga lateral.
2. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque las columnas (120) que conforman al marco (100) comprenden columnas laterales (121) extremas que incluyen al menos un canal longitudinal (122) por donde atraviesan dichos medios autocentrantes (400).
3. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque las columnas (120) comprenden además, al menos una columna intermedia (123), y donde cada una de las columnas (120) comprenden una cara menor superior (124), una cara menor inferior (125), una cara longitudinal exterior (126), una cara longitudinal interior (127) y caras frontales opuestas entre sí (128).
4. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque las soleras (130) que conforman al marco interior (100) comprenden una solera superior (131) y una solera inferior (132), las que contienen al menos dos canales transversales (133) por donde atraviesan dichos medios autocentrantes (400).
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5. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque las soleras (130) comprenden caras menores laterales (134), una cara longitudinal exterior (135), una cara longitudinal interior (136) y caras longitudinales frontales opuestas entre sí (137).
6. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los nodos articulados (110) del marco interior (100) comprenden un medio de unión mecánica pivotante que permite un ensamble con movimiento relativo en un plano, entre dichas columnas (120) y dichas soleras (130).
7. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque dicho medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados (110) consiste en un par de platinas de soporte rígidas paralelas entre sí atravesadas por un pasador de unión transversal.
8. Sistema de muro de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque dicho medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados (110) consiste en un taco de soporte adosado a las columnas (120), sobre los que se asientan los extremos de las soleras (130).
9. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque dicho medio de unión mecánica que conforma a los nodos articulados (110) consiste en una ménsula de asiento proyectada lateralmente desde las columnas (120), sobre los que se asientan los extremos de las soleras (130).
10. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los medios autocentrantes (400) comprenden tensores (401) no adheridos, con un un extremo inferior (402), un extremo superior (403) opuesto y se disponen a lo alto del muro de corte (1).
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11. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque el extremo inferior (402) de los tensores (401) se ancla embebido en una fundación (A).
12. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque el extremo inferior (402) de los tensores (401) se fija de manera axialmente ajustable a conector de copie (B) entre muros (1).
13. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque el extremo superior (403) de los tensores (401) se fija de manera axialmente ajustable a un conector de copie (B) entre muros (1).
14. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque el extremo superior (403) de los tensores (401) se fija de manera axialmente ajustable a una placa (D) de anclaje.
15. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque los tensores (401) son barras hiladas, no adherentes, con fijaciones ajustables en sus extremos del tipo placa de anclaje.
16. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 10,
CARACTERIZADO porque los tensores (401) son cables de acero tipo torón, no adherente, postensable con cuña y placa de anclaje.
17. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los conectores (300) disipadores de energía comprenden elementos individuales entre sí que unen a cada uno de los paneles exteriores de madera masiva (200) con el marco interior articulado (100), los que se instalan en todo el perímetro del panel.
18. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los conectores (300) son conectores de metal del tipo clavijas, seleccionados entre el grupo de pasadores, tornillos y clavos.
3
19. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 18,
CARACTERIZADO porque los conectares (300) son preferentemente pasadores autoperforantes.
20. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 18,
CARACTERIZADO porque los conectores (300) son preferentemente tornillos roscados en toda su extensión.
21. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los paneles exteriores (200) son paneles de madera estructural elegidos de entre paneles de madera masiva contralaminada (CLT), tableros OSB o paneles Plywood, mientras presenten un espesor de al menos 60 milímetros.
22. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 21,
CARACTERIZADO porque los paneles (200) son preferentemente de madera masiva contra laminada (CLT) con un espesor entre 60 mm y 100 mm.
23. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque las columnas (120) y las soleras (130) que conforman al marco interior articulado (100) son perfiles de acero con una resistencia desde ASTM A-36 a ASTM A-53 (240 a 365MPa).
24. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 23,
CARACTERIZADO porque preferentemente los perfiles de acero son tubulares de sección rectangular.
25. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque las columnas (120) y las soleras (130) que conforman al marco interior articulado (100) son de hormigón con una resistencia a la compresión del rango entre 20 a 35 MPa.
26. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 25,
CARACTERIZADO porque las columnas laterales extremas (121) son de hormigón postensado.
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27. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque las columnas (120) y las soleras (130) que conforman al marco interior articulado (100) son de madera laminada con una resistencia del rango entre 1.3E y 1.55E.
28. Sistema de muros de corte (1) híbrido, de acuerdo a la reivindicación 27, CARACTERIZADO porque las columnas (120) y las soleras (130) son preferentemente de madera laminada reconstituida LSL (Laminated Strand Lumber) o MLE (Madera Laminada
Encolada).
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