Análisis de sistemas de fijación bajo cargas sísmicas para diseño y construcción de entramado ligero con madera producida y comercializada en Costa Rica

Abstract

[ES]La utilización del entramado ligero de madera como técnica constructiva se presenta como una valiosa oportunidad en Costa Rica, un país comprometido con políticas carbono neutrales y abundantemente provisto de plantaciones forestales que brindan materia prima de calidad. Esta técnica ofrece un gran potencial en zonas de alta amenaza sísmica, por su excelente desempeño frente a cargas dinámicas. El sistema se fundamenta en diafragmas de forjados y muros, siendo estos últimos cruciales para resistir el cortante generado por la actividad sísmica. Con el objetivo de aprovechar este potencial, es crucial investigar, adaptar y proponer un sistema constructivo de entramado ligero que se ajuste a las maderas locales y a los sistemas de anclajes comúnmente utilizados disponibles en el mercado. La presente investigación se propone analizar el comportamiento dinámico de los muros de entramado ligero y las conexiones claves del sistema. Se aborda el estudio mediante el análisis de curvas de respuesta, energía disipada y ductilidad de las conexiones, utilizando normativas vigentes. El laurel (Cordia alliodora), una especie autóctona ampliamente presente en plantaciones forestales y con propiedades físico-mecánicas adecuadas, ha sido seleccionada para la fabricación del entramado de madera de los muros. Para arriostrar el conjunto del bastidor se emplea el contrachapado (plywood) como tablero estructural. Se fabrican tres especímenes, uno de los cuales se somete a carga monotónica, y dos a cargas cíclicas quasi-estaticas, según la norma ASTM E2126. Se analizan parámetros como la rigidez estructural, desplazamiento máximo y disipación de energía. Los ensayos incluyen uniones tablero-montante y la escuadra de tracción, tipo hold-down, elementos críticos en la resistencia de estos muros ante fuerzas laterales. El análisis global, basado en investigaciones previas y datos de resistencia según códigos de referencia (UNE-EN 1995, CSCR 20120 y SDPWS 2015), arroja resultados positivos, demostrando que el sistema es adecuado para zonas sísmicas debido a su buen comportamiento y ductilidad. La comparación con estudios anteriores sugiere que la especie de madera tiene una influencia limitada en el comportamiento dinámico de la estructura. Para el desempeño del sistema se consideran más importantes la calidad de las conexiones, la capacidad de los elementos de anclaje, la rigidez del tablero y las dimensiones estructurales. Se señala la posibilidad de mejorar la ductilidad prestando mayor atención al diseño, análisis y ejecución de las conexiones, como elemento central de la capacidad del sistema en conjunto.

[EN]The use of light timber frame as a construction technique represents a valuable opportunity in Costa Rica, a country committed to carbon-neutral policies and abundantly supplied with forest plantations that provide high-quality raw materials. This technique shows great potential in high seismic threat zones due to its excellent performance against dynamic loads. The system is based on floor and wall diaphragms, with the latter being crucial for resisting the shear forces generated byseismic activity. To harness this potential, it is crucial to adapt and propose a timber frame construction system that aligns with local woods species and commonly used anchoring systems available in the market. This research aims to analyse the dynamic behavior of light timber frame walls and key connections within the system. The study involves analysing response curves, dissipated energy, and ductility of connections, following current regulations. Laurel (Cordia alliodora), a native species widely present in forest plantations with suitable physical and mechanical properties, has been chosen for the construction of the wood framing of the walls. Plywood is used as the structural board to brace the entire frame. Three specimens are fabricated, one subjected to monotonic load and two to quasi-static cyclic loads, following ASTM E2126. Parameters such as structural stiffness, maximum displacement, and energy dissipation are analysed. Tests include plywood-stud connections, and the hold-down angle brackets, critical elements in the resistance of these walls to lateral forces. The overall analysis, based on previous research and strength data according to reference codes (UNE-EN 1995, CSCR 20120, and SDPWS 2015), shows positive results, demonstrating that the system is suitable for seismic zones due to its good performance and ductility. Comparison with previous studies suggests that wood species has a limited influence on the dynamic behavior of the structure. For the system correct performance, the quality of connections, anchoring element capacity, board stiffness, and structural dimensions are considered more important. The possibility of enhancing ductility by paying greater attention to the design, analysis, and execution of connections is highlighted as a central element of the overall system capacity.