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Diseño de miembros estructurales de madera.

El documento describe los diferentes elementos estructurales de una vivienda de madera, incluyendo diseños de fundaciones, columnas, vigas, cerchas, entrepisos y techos. Explica los materiales y métodos de construcción utilizados para cada elemento, así como los principios de diseño y cálculo estructural involucrados.

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Diseñode miembros
estructuralesde madera
Realizado por:
Giovanna Suniaga
C.I. 20.875.030
Profesor:
Ing. Héctor Márquez
Diseño de Fundaciones
Una característica saliente de las viviendas de madera
es el bajo peso de su estructura, comparado con los
sistemas constructivos tradicionales (albañilería y
hormigón), por lo que los esfuerzos transmitidos al suelo
son bastante menores.
Esto facilita el uso de “fundaciones superficiales”, ya
que normalmente los estratos superiores del terreno son
capaces de soportar las cargas de la estructura.
Si así no ocurriera se deberá recurrir a “fundaciones
profundas” (particularmente pilotes).
Se extienden a lo largo de los muros y constan al menos de los siguientes
elementos:
• Cimiento: prisma formado por la excavación del pozo de caras
paralelas con un ancho y una altura según cálculo. Recibe las cargas de
la vivienda y las transmite al terreno. Materiales usados: Hormigón
simple; hormigón pobre; hormigón ciclópeo (con cantos rodados de
10 a 15 cm. de diámetro).
• Sobrecimiento: prisma ubicado sobre el cimiento de ancho igual o
mayor al del muro. Recibe, ancla y aísla a los muros portantes, siendo
el nexo entre estos y los cimientos. Materiales usados: Hormigón
simple o bloques de hormigón, y también puede requerir refuerzos de
barras de acero según cálculo.
• Zapata: Elemento estructural de hormigón armado, ubicado bajo el
cimiento. Es requerido cuando la capacidad de carga del terreno es
insuficiente. Evitan tener que ensanchar todo el cimiento para lograr
distribuir las tensiones en el terreno y tener la capacidad portante
necesaria.
• Presolera: Capa de hormigón pobre, espesor 5 a 10 cm, para nivelar el
fondo de la excavación, entregando una superficie plana y limpia para
la colocación del hormigón del cimiento.
FundacionesSuperficiales
Continuas
Diseño de
Fundaciones
Pueden ser materializadas mediante pilotes cortos de
hormigón armado o de madera (excavación mínima
40x40x80cm).
Actúan como pilotes columna; transmiten la carga
básicamente por compresión a través de la punta.
Se utiliza en terrenos de buena resistencia pero
difíciles:
• Rocosos o muy duros.
• Con mucha pendiente (para nivelar la
construcción).
• Con presencia de agua o muy húmedos (para
proteger a la vivienda del agua).
Los pilotes de hormigón armado reciben vigas de
encadenado del mismo material y los hierros del pilote
se empalman con la armaduras de las vigas y se
refuerzan con escuadras las esquinas.
Fundaciones
Superficiales
Aisladas
Diseño de
Fundaciones
Cuando los estratos superficiales del suelo
no tienen capacidad portante suficiente, la
fundación debe profundizarse para:
• Transmitir la carga por compresión a es-
tratos profundos.
• Transmitir la carga por fricción entre el
cimiento y el terreno.
Esta fundación se materializa por medio de
pilotes cilíndricos o prismáticos de madera,
hormigón o metal hincados en el suelo.
Sobre las cabezas de los pilotes, luego se
apoyarán los encadenados de hormigón
armado o vigas maestras de madera, según
corresponda.
FundacionesProfundas
Diseño de
Fundaciones
Diseño de
Columnas
Las columnas son miembros verticales robustos de un sola
pieza, encargada de la transmisión de cargas al suelo o
cimiento, descansaran sobre una base solida o bien se
encontraran hincados en el suelo, lo que contribuye
eficazmente a la estabilidad de la estructura.
Los elementos de madera solicitados a carga axial, y carga
axial más momento flector deben diseñarse con las
hipótesis y ecuaciones tradicionales para columnas.
El diseño de elementos de madera sometidos a
compresión o flexo-compresión está controlado por:
• Resistencia.
• Combinación de resistencia y estabilidad, o
simplemente estabilidad y en consecuencia se tienen
columnas cortas, intermedias y largas.
• Columnas de madera
laminada, formadas
por la unión de piezas.
• Columnas macizas: Generalmente
se unen al techo mediante un
ensamble a media madera, o en
forma de U, como muestra en la
figura.
Diseño de
Columnas • Ensamblada: De las
numerosas variantes,
solo se ilustra la mas
utilizada, que consiste en
dos tablas paralelas
separadas por tacos de
madera. El conjunto se
prensa por medio de
tornillos pasantes.
Una viga es un elemento estructural que
resiste cargas transversales. Generalmente, las
cargas actúan en ángulo recto con respecto al
eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas
sobre una viga tienden a flexionarla y se dice
que el elemento se encuentra a flexión.
Por lo común, los apoyos de las vigas se
encuentran en los extremos o cerca de ellos y
las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan
reacciones.
Diseño de
Vigas
Teoría Fundamental:
Los principios fundamentales del
predimensionado de vigas lo comprende:
• Teoría de la flexión: explica las relaciones
entre las fuerzas aplicadas y la
geometría del miembro estructural
(análisis estructural), con el
comportamiento de su sección
transversal por acción de las cargas
(análisis de miembros)
Diseño de
Vigas
• Análisis Estructural:
Consiste en encontrar los efectos de las cargas en la estructura,
en la forma de fuerza cortante y momento flector.
Depende de la geometría de la estructura (forma y tamaño
generales), de los tipos de apoyo y de las cargas aplicadas sobre la
estructura.
Se obtienen funciones que representan las variaciones de las
magnitudes (a lo largo del elemento) de la fuerza cortante y el
momento flector.
• Análisis del miembro:
Relaciona las magnitudes de fuerza cortante y momento flector,
con los esfuerzos producidos en los diferentes planos
transversales (secciones transversales) del miembro estructural.
Depende de los valores de la fuerza cortante y el momento flector
y de las propiedades de la sección transversal.
Se obtienen esfuerzos variables dentro de la secciones
transversales, que deben ser resistidos por el material que
conforma el miembro estructural.
Diseño de
Vigas
La cercha es de fácil y rápida confección, puede ser
prefabricada o armada a pie de obra y su diseño le permite
salvar grandes luces.
En las cerchas las cargas son transmitidas mediante las
correas y cambios y recibidas por los pares.
En el caso en que el tirante sufra pandeo, se le agrega
una pieza vertical denominada pendolón, que tiene por
misión soportar al tirante por su punto medio con un estribo
metálico que recibe el nombre de cuchillero.
Los elementos que conforman una cercha son los
siguientes:
• Tirante: pieza horizontal de una cercha que une el
extremo inferior de los pares e impide que se separen.
• Péndola o montante: elemento vertical que une un
punto del par con otro del tirante.
• Pendolón: elemento vertical que une un punto de la
cumbrera con otro del tirante.
• Diagonales: pieza inclinada que une un par con el tirante.
• Par o pierna: cada una de las dos piezas inclinadas de un
tijeral que forman las aguas de una techumbre.
Diseño de
Cerchas
El procedimiento a seguir en el diseño de
cerchas es el siguiente:
• Determinación de las cargas solicitantes.
• Calculo de las solicitaciones en los
diferentes elementos de la cercha.
• Selección de la especie y grado de calidad a
usar. En la selección de la especie
dependerá del sitio en donde se ubicara la
estructura y de las maderas más comunes
de la zona. El grado de calidad debe
seleccionarse en función de la resistencia
que de la madera.
• Determinación de las escuadrías requeridas
en los distintos elementos de la cercha.
• Diseño de las uniones, considerando
primero aquellas que soportan las
solicitaciones mayores.
Diseño de
Cerchas
ReglasGeneralesparasudiseño
Es un elemento estructural que conforman un
entramado de piso y entrepisos que se apoya sobre un
conjunto de vigas, columnas, tabiques y muros.
La construcción de un entrepiso es una manera
económica de ganar espacio, reducir la altura de una
construcción, y darle mayor funcionalidad al espacio.
En el reciclado de casas, la construcción de
entrepisos es un recurso muy empleado, porque baja
significativamente los costos de construcción.
Esta compuesta por:
• Pavimentos.
• Losa de hormigón (esta es opcional)
• Revestimiento superior
• Estructura
• Aislamiento termo acústica.
• Estructura del cielo raso.
• Revestimiento interior.
Diseño de
Entrepisos
Es un sistema que esta compuesto por
una serie de vigas que casi siempre
van inclinada, y un conjunto de
armaduras.
El techo se apoya sobre tabiques de
madera, muros de mampostería o
sobre vigas principales de madera u
otro material.
Diseño de
Techos
Esta compuesto por:
• Cumbrera: arista superior horizontal más alta que
separados aguas de la techumbre.
• Frontón: tabique soportante, generalmente triangular,
con el que se remata la techumbre.
• Limahoyas: elemento angosto que va sobre la arista
inclinada que se genera en la intersección de dos
aguas, recibiendo y canalizando las aguas lluvias.
• Techumbre en cola de pato: prolongación de la
cumbrera y de las aguas que ésta divide, que conforma
un alero especial como protección de un paramento
(en el cual normalmente se ubica una ventana o una
celosía para ventilación de la techumbre).
• Limatón o limatesa: elemento angosto que va sobre la
arista inclinada que se genera en la intersección de
dos aguas, separando el escurrimiento de las aguas
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Diseño de miembros estructurales de madera.

  • 1. Diseñode miembros estructuralesde madera Realizado por: Giovanna Suniaga C.I. 20.875.030 Profesor: Ing. Héctor Márquez
  • 2. Diseño de Fundaciones Una característica saliente de las viviendas de madera es el bajo peso de su estructura, comparado con los sistemas constructivos tradicionales (albañilería y hormigón), por lo que los esfuerzos transmitidos al suelo son bastante menores. Esto facilita el uso de “fundaciones superficiales”, ya que normalmente los estratos superiores del terreno son capaces de soportar las cargas de la estructura. Si así no ocurriera se deberá recurrir a “fundaciones profundas” (particularmente pilotes).
  • 3. Se extienden a lo largo de los muros y constan al menos de los siguientes elementos: • Cimiento: prisma formado por la excavación del pozo de caras paralelas con un ancho y una altura según cálculo. Recibe las cargas de la vivienda y las transmite al terreno. Materiales usados: Hormigón simple; hormigón pobre; hormigón ciclópeo (con cantos rodados de 10 a 15 cm. de diámetro). • Sobrecimiento: prisma ubicado sobre el cimiento de ancho igual o mayor al del muro. Recibe, ancla y aísla a los muros portantes, siendo el nexo entre estos y los cimientos. Materiales usados: Hormigón simple o bloques de hormigón, y también puede requerir refuerzos de barras de acero según cálculo. • Zapata: Elemento estructural de hormigón armado, ubicado bajo el cimiento. Es requerido cuando la capacidad de carga del terreno es insuficiente. Evitan tener que ensanchar todo el cimiento para lograr distribuir las tensiones en el terreno y tener la capacidad portante necesaria. • Presolera: Capa de hormigón pobre, espesor 5 a 10 cm, para nivelar el fondo de la excavación, entregando una superficie plana y limpia para la colocación del hormigón del cimiento. FundacionesSuperficiales Continuas Diseño de Fundaciones
  • 4. Pueden ser materializadas mediante pilotes cortos de hormigón armado o de madera (excavación mínima 40x40x80cm). Actúan como pilotes columna; transmiten la carga básicamente por compresión a través de la punta. Se utiliza en terrenos de buena resistencia pero difíciles: • Rocosos o muy duros. • Con mucha pendiente (para nivelar la construcción). • Con presencia de agua o muy húmedos (para proteger a la vivienda del agua). Los pilotes de hormigón armado reciben vigas de encadenado del mismo material y los hierros del pilote se empalman con la armaduras de las vigas y se refuerzan con escuadras las esquinas. Fundaciones Superficiales Aisladas Diseño de Fundaciones
  • 5. Cuando los estratos superficiales del suelo no tienen capacidad portante suficiente, la fundación debe profundizarse para: • Transmitir la carga por compresión a es- tratos profundos. • Transmitir la carga por fricción entre el cimiento y el terreno. Esta fundación se materializa por medio de pilotes cilíndricos o prismáticos de madera, hormigón o metal hincados en el suelo. Sobre las cabezas de los pilotes, luego se apoyarán los encadenados de hormigón armado o vigas maestras de madera, según corresponda. FundacionesProfundas Diseño de Fundaciones
  • 6. Diseño de Columnas Las columnas son miembros verticales robustos de un sola pieza, encargada de la transmisión de cargas al suelo o cimiento, descansaran sobre una base solida o bien se encontraran hincados en el suelo, lo que contribuye eficazmente a la estabilidad de la estructura. Los elementos de madera solicitados a carga axial, y carga axial más momento flector deben diseñarse con las hipótesis y ecuaciones tradicionales para columnas. El diseño de elementos de madera sometidos a compresión o flexo-compresión está controlado por: • Resistencia. • Combinación de resistencia y estabilidad, o simplemente estabilidad y en consecuencia se tienen columnas cortas, intermedias y largas.
  • 7. • Columnas de madera laminada, formadas por la unión de piezas. • Columnas macizas: Generalmente se unen al techo mediante un ensamble a media madera, o en forma de U, como muestra en la figura. Diseño de Columnas • Ensamblada: De las numerosas variantes, solo se ilustra la mas utilizada, que consiste en dos tablas paralelas separadas por tacos de madera. El conjunto se prensa por medio de tornillos pasantes.
  • 8. Una viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a flexión. Por lo común, los apoyos de las vigas se encuentran en los extremos o cerca de ellos y las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan reacciones. Diseño de Vigas
  • 9. Teoría Fundamental: Los principios fundamentales del predimensionado de vigas lo comprende: • Teoría de la flexión: explica las relaciones entre las fuerzas aplicadas y la geometría del miembro estructural (análisis estructural), con el comportamiento de su sección transversal por acción de las cargas (análisis de miembros) Diseño de Vigas
  • 10. • Análisis Estructural: Consiste en encontrar los efectos de las cargas en la estructura, en la forma de fuerza cortante y momento flector. Depende de la geometría de la estructura (forma y tamaño generales), de los tipos de apoyo y de las cargas aplicadas sobre la estructura. Se obtienen funciones que representan las variaciones de las magnitudes (a lo largo del elemento) de la fuerza cortante y el momento flector. • Análisis del miembro: Relaciona las magnitudes de fuerza cortante y momento flector, con los esfuerzos producidos en los diferentes planos transversales (secciones transversales) del miembro estructural. Depende de los valores de la fuerza cortante y el momento flector y de las propiedades de la sección transversal. Se obtienen esfuerzos variables dentro de la secciones transversales, que deben ser resistidos por el material que conforma el miembro estructural. Diseño de Vigas
  • 11. La cercha es de fácil y rápida confección, puede ser prefabricada o armada a pie de obra y su diseño le permite salvar grandes luces. En las cerchas las cargas son transmitidas mediante las correas y cambios y recibidas por los pares. En el caso en que el tirante sufra pandeo, se le agrega una pieza vertical denominada pendolón, que tiene por misión soportar al tirante por su punto medio con un estribo metálico que recibe el nombre de cuchillero. Los elementos que conforman una cercha son los siguientes: • Tirante: pieza horizontal de una cercha que une el extremo inferior de los pares e impide que se separen. • Péndola o montante: elemento vertical que une un punto del par con otro del tirante. • Pendolón: elemento vertical que une un punto de la cumbrera con otro del tirante. • Diagonales: pieza inclinada que une un par con el tirante. • Par o pierna: cada una de las dos piezas inclinadas de un tijeral que forman las aguas de una techumbre. Diseño de Cerchas
  • 12. El procedimiento a seguir en el diseño de cerchas es el siguiente: • Determinación de las cargas solicitantes. • Calculo de las solicitaciones en los diferentes elementos de la cercha. • Selección de la especie y grado de calidad a usar. En la selección de la especie dependerá del sitio en donde se ubicara la estructura y de las maderas más comunes de la zona. El grado de calidad debe seleccionarse en función de la resistencia que de la madera. • Determinación de las escuadrías requeridas en los distintos elementos de la cercha. • Diseño de las uniones, considerando primero aquellas que soportan las solicitaciones mayores. Diseño de Cerchas ReglasGeneralesparasudiseño
  • 13. Es un elemento estructural que conforman un entramado de piso y entrepisos que se apoya sobre un conjunto de vigas, columnas, tabiques y muros. La construcción de un entrepiso es una manera económica de ganar espacio, reducir la altura de una construcción, y darle mayor funcionalidad al espacio. En el reciclado de casas, la construcción de entrepisos es un recurso muy empleado, porque baja significativamente los costos de construcción. Esta compuesta por: • Pavimentos. • Losa de hormigón (esta es opcional) • Revestimiento superior • Estructura • Aislamiento termo acústica. • Estructura del cielo raso. • Revestimiento interior. Diseño de Entrepisos
  • 14. Es un sistema que esta compuesto por una serie de vigas que casi siempre van inclinada, y un conjunto de armaduras. El techo se apoya sobre tabiques de madera, muros de mampostería o sobre vigas principales de madera u otro material. Diseño de Techos
  • 15. Esta compuesto por: • Cumbrera: arista superior horizontal más alta que separados aguas de la techumbre. • Frontón: tabique soportante, generalmente triangular, con el que se remata la techumbre. • Limahoyas: elemento angosto que va sobre la arista inclinada que se genera en la intersección de dos aguas, recibiendo y canalizando las aguas lluvias. • Techumbre en cola de pato: prolongación de la cumbrera y de las aguas que ésta divide, que conforma un alero especial como protección de un paramento (en el cual normalmente se ubica una ventana o una celosía para ventilación de la techumbre). • Limatón o limatesa: elemento angosto que va sobre la arista inclinada que se genera en la intersección de dos aguas, separando el escurrimiento de las aguas lluvias. Diseño de Techos