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DISEÑO DE MIEMBROS ESTRUCTURALES EN MADERA

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Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder Popular para la Educación
Instituto Universitarios Politécnico Santiago Mariño
Escuela de Arquitectura
Sede Barcelona –Estado Anzoátegui
Profesor : Bachiller:
Diaz Montserratt
C.I:24.240.191
Ing.Héctor Márquez
La construcción con madera estructural consiste la unión de piezas de madera de tamaños estándar. Las
piezas están identificadas fundamentalmente según el tipo y tamaño pero además de acuerdo a la especie,
uso y contenido de humedad. Debe señalarse que existe una variedad tamaños estándar en madera
estructural, el tamaño se especifica por el ancho b y altura h con incrementos en centímetros o en
pulgadas. Por otra parte, para el ensamblaje de las piezas se existen diversas formas de conectarlas.
Existen las uniones mediantes clavos, tornillos, adhesivos y recientemente se emplean los pernos.
Los clavos se fabrican en una amplia variedad de tamaños y formas, se hincan por medio de martillo en la
misma forma que se ha realizado durante milenios(véase Figura7a), pero en los casos donde se requiere
gran cantidad de clavos se dispone de varios equipos mecánicos para realizar la unión. También se
pueden pegar placas de conexión a las piezas de madera (véase Figura 7b y 7c) y los clavos se usan para
sostener mientras el adhesivo ha fraguado y las alcayatas son versiones más fuertes del clavo común, que
se emplean para elementos más pesados
En cuanto a los tornillos, estos tienen mayor sujeción que los clavos y funcionan igual aunque deben
introducirse en agujeros perforados previamente. El tipo, tamaño separación y longitud requiere de un
criterio más artesanal que científico, similar a los clavos. Debe señalarse además los pernos de
acero(véase Figura 8a), que similar a los tornillos requiere de realizar una perforación con un diámetro
mayor al perno de alrededor de 116⁄plg, Por lo general las juntas entre piezas de madera son traslapadas
(véase Figura8b) y también se emplean para conectar piezas de acero a la madera como bases de
columnas o de columnas a viga. En algunas ocasiones es conveniente colocar anillos de aceros que
incremente la resistencia al corte de la unión, esto ocurre con elementos sujeto a los efectos del viento
Fundaciones de estructuras en madera
 Toda edificación requiere bajo el nivel natural del suelo, una base de
sustentación permanente encargada de recibir diferentes esfuerzos y
transmitirlos al suelo. A esta base de sustentación se le denomina fundación.
El tipo de esfuerzo relevante a que se somete el suelo es el de compresión,
producto del peso propio de la fundación, muros, entrepisos y techumbre, más las
sobrecargas de uso y las accidentales de diversas magnitudes y en distintas
direcciones, como por ejemplo sobrecargas accidentales por sismo, nieve o
vientos, y esfuerzos normales no uniformes transmitidos a la fundación en estado
de presiones no uniformes.
 Por otra parte, la fundación aísla la edificación del terreno, resguardándola
tanto de humedad como del ataque de termitas y de otros insectos, factores
gravitantes en la pérdida de resistencia de una estructura en madera
Es así que para diseñar y dar solución a la fundación
adecuada, se deben considerar:
•Condiciones de carga
•Características del suelo
•Restricciones constructivas de la obra
La importancia fundamental de que una solución de
fundación sea adecuada, reside en que es la parte de
la obra con menos probabilidad de ser reparada o
reforzada, en caso de falla futura
Diseño de la fundación
Si la vivienda está emplazada en un terreno con presencia de agua
superficial, en zona lluviosa y con pendiente pronunciada, el agua puede
socavar el suelo circundante a las fundaciones, lo que hace necesario
protegerlas construyendo zanjas para desviar las aguas.
También será necesario el empleo de drenes y sellos para evitar el
acceso de agua por capilaridad. En el caso particular de la construcción
en madera, se debe considerar siempre la impregnación de toda pieza
que se encuentre en contacto con el hormigón
Instalación de tubo de drenaje en el fondo de zanja
que permite
evacuar el agua al punto mas bajo, inmerso en un
relleno de suelo granular
RESENCIA DE AGUA
EN EL TERRENO DE FUNDACIÓN
Capacidad de soporte del suelo
Dependiendo del tipo de suelo (arcillas, arenas, gravillas, etc.), el agua
afecta sus propiedades en diferentes formas. Por ejemplo: en suelos con
predominio de arenas arcillosas, la humedad actúa como agente
aglutinante, aumentando la adherencia y volumen de suelo. En ese caso
es aconsejable
Materialización de la fundación
Cuando el sello de fundación se encuentra bajo el nivel de la napa, las
condiciones y métodos para la ejecución de la fundación cambian
ostensiblemente, repercutiendo fuertemente en los costo
Solera de montaje impregnada con 8 kg/m3 de
retención, anclada al sobre cimiento, protegida del contacto di-recto
del hormigón con una barrera de humedad (doble fieltro asfáltico).
CLASIFICACIÓN DE FUNDACIONES
Las fundaciones se pueden clasificar, entre otras, según
el tipo de terreno sobre el cual se materializará la estructura
Fundación superficial:
Es aquella apoyada en estratos
superficiales del terreno, siempre que tengan espesor y capacidad suficiente de soporte para
absorber los esfuerzos que le son transmitidos, considerando como se expuso anteriormente que
de producirse asentamientos, estos sean admisibles para la vivienda que se materializa en dicho
terreno. Esta fundación generalmente se materializa mediante zapatas y/o cimientos
Fundación profunda:
Es aquella que, dada la mala calidad o insuficiente capacidad de soporte del terreno superficial, debe
profundizarse, ya sea para alcanzar los estratos que sí tienen la capacidad de soporte requerida
(fundación soportante) o que por el roce entre la superficie lateral de la fundación y el terreno se
soporte la estructura (fundación de fricción). Esta fundación se materializa por medio de pilotes
cilíndricos o prismáticos de madera, hormigón o metal, que sirven de fundación hincados
en el suelo
Fundación continua
Elementos que conforman la fundación continua
Sobre cimientos:
paralelepípedo de hormigón en masa o bloque de hormigón que puede requerir refuerzos de
barras de acero según cálculo. Se ubica sobre el
cimiento y tiene un ancho igual o menor a éste e igual o mayor al del muro. Decepciona, ancla,
aísla de la humedad y agentes bióticos a los tabiques estructurales perimetrales (muros), o
tabiques soportantes interiores, siendo el nexo entre estos y los cimientos
Zapatas:
elementos estructurales de hormigón, ubicados bajo el cimiento y que son
requeridos cuando la capacidad de carga del terreno no es suficiente para
soportar la presión que ejercen los cimientos sobre él
Emplantillado:
capa de hormigón pobre, espesor entre 5 a 10 cm, cuya finalidad es nivelar el fondo de la
excavación, entregando una superficie plana y limpia para la colocación del hormigón del
cimiento
Fundación aislada
Fundación que puede ser materializada mediante pilotes de hormigón armado o pilotes de madera.
Normalmente se adopta esta solución en terrenos que tienen pendientes mayores al 10% en el sentido del
eje mayor de la planta, por lo que es difícil realizar movimientos
de tierra (difícil acceso de maquinaria, terrenos rocosos y duros) y en los que existe presencia de agua o
gran humedad del terreno.
Fundación aislada de pilotes de hormigón
El sistema consiste en cimientos aislados de hormigón en masa, a los que se les incorpora una
armadura desacero en barras, cuya función es anclarlos a una viga refundación de hormigón
armado que desempeña la función de un sobre cimiento armado
Pilote de hormigón de sección
rectangular, la pro-
fundida del sello de fundación,
armaduras y especificaciones,
deben ser corroboradas por cálculo
estructural.
Vigas friso (viga perimetral) y vigas principales
(vigas interiores) que unen las cabezas de los pilotes y
transfieren las diferentes cargas de la estructura de
la vivienda a la fundación aislad
Fundación aislada con pilotes de madera
Dada su facilidad, rapidez de ejecución y economía, este sistema de fundación es el
más adecuado para viviendas de madera de uno y dos pisos
Al diseño del cimiento aislado de hormigón en masa se le incorpora un rollizo de 8” a 10” de
diámetro (pilote impregnado con 9 Kg/m3 de óxidos activos de CCA)
los cuales son unidos mediante las vigas principales de especificaciones, secciones y
características estructurales según cálculo, donde se materializa la plataforma de madera que
conforma el piso de la vivienda
Distribución de pilotes de madera impregnados e incorporados a los cimientos de
hormigón, que transmiten las cargas al terreno
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  • 1. Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder Popular para la Educación Instituto Universitarios Politécnico Santiago Mariño Escuela de Arquitectura Sede Barcelona –Estado Anzoátegui Profesor : Bachiller: Diaz Montserratt C.I:24.240.191 Ing.Héctor Márquez
  • 2. La construcción con madera estructural consiste la unión de piezas de madera de tamaños estándar. Las piezas están identificadas fundamentalmente según el tipo y tamaño pero además de acuerdo a la especie, uso y contenido de humedad. Debe señalarse que existe una variedad tamaños estándar en madera estructural, el tamaño se especifica por el ancho b y altura h con incrementos en centímetros o en pulgadas. Por otra parte, para el ensamblaje de las piezas se existen diversas formas de conectarlas. Existen las uniones mediantes clavos, tornillos, adhesivos y recientemente se emplean los pernos. Los clavos se fabrican en una amplia variedad de tamaños y formas, se hincan por medio de martillo en la misma forma que se ha realizado durante milenios(véase Figura7a), pero en los casos donde se requiere gran cantidad de clavos se dispone de varios equipos mecánicos para realizar la unión. También se pueden pegar placas de conexión a las piezas de madera (véase Figura 7b y 7c) y los clavos se usan para sostener mientras el adhesivo ha fraguado y las alcayatas son versiones más fuertes del clavo común, que se emplean para elementos más pesados En cuanto a los tornillos, estos tienen mayor sujeción que los clavos y funcionan igual aunque deben introducirse en agujeros perforados previamente. El tipo, tamaño separación y longitud requiere de un criterio más artesanal que científico, similar a los clavos. Debe señalarse además los pernos de acero(véase Figura 8a), que similar a los tornillos requiere de realizar una perforación con un diámetro mayor al perno de alrededor de 116⁄plg, Por lo general las juntas entre piezas de madera son traslapadas (véase Figura8b) y también se emplean para conectar piezas de acero a la madera como bases de columnas o de columnas a viga. En algunas ocasiones es conveniente colocar anillos de aceros que incremente la resistencia al corte de la unión, esto ocurre con elementos sujeto a los efectos del viento
  • 3. Fundaciones de estructuras en madera  Toda edificación requiere bajo el nivel natural del suelo, una base de sustentación permanente encargada de recibir diferentes esfuerzos y transmitirlos al suelo. A esta base de sustentación se le denomina fundación. El tipo de esfuerzo relevante a que se somete el suelo es el de compresión, producto del peso propio de la fundación, muros, entrepisos y techumbre, más las sobrecargas de uso y las accidentales de diversas magnitudes y en distintas direcciones, como por ejemplo sobrecargas accidentales por sismo, nieve o vientos, y esfuerzos normales no uniformes transmitidos a la fundación en estado de presiones no uniformes.  Por otra parte, la fundación aísla la edificación del terreno, resguardándola tanto de humedad como del ataque de termitas y de otros insectos, factores gravitantes en la pérdida de resistencia de una estructura en madera Es así que para diseñar y dar solución a la fundación adecuada, se deben considerar: •Condiciones de carga •Características del suelo •Restricciones constructivas de la obra La importancia fundamental de que una solución de fundación sea adecuada, reside en que es la parte de la obra con menos probabilidad de ser reparada o reforzada, en caso de falla futura
  • 4. Diseño de la fundación Si la vivienda está emplazada en un terreno con presencia de agua superficial, en zona lluviosa y con pendiente pronunciada, el agua puede socavar el suelo circundante a las fundaciones, lo que hace necesario protegerlas construyendo zanjas para desviar las aguas. También será necesario el empleo de drenes y sellos para evitar el acceso de agua por capilaridad. En el caso particular de la construcción en madera, se debe considerar siempre la impregnación de toda pieza que se encuentre en contacto con el hormigón Instalación de tubo de drenaje en el fondo de zanja que permite evacuar el agua al punto mas bajo, inmerso en un relleno de suelo granular RESENCIA DE AGUA EN EL TERRENO DE FUNDACIÓN Capacidad de soporte del suelo Dependiendo del tipo de suelo (arcillas, arenas, gravillas, etc.), el agua afecta sus propiedades en diferentes formas. Por ejemplo: en suelos con predominio de arenas arcillosas, la humedad actúa como agente aglutinante, aumentando la adherencia y volumen de suelo. En ese caso es aconsejable Materialización de la fundación Cuando el sello de fundación se encuentra bajo el nivel de la napa, las condiciones y métodos para la ejecución de la fundación cambian ostensiblemente, repercutiendo fuertemente en los costo Solera de montaje impregnada con 8 kg/m3 de retención, anclada al sobre cimiento, protegida del contacto di-recto del hormigón con una barrera de humedad (doble fieltro asfáltico).
  • 5. CLASIFICACIÓN DE FUNDACIONES Las fundaciones se pueden clasificar, entre otras, según el tipo de terreno sobre el cual se materializará la estructura Fundación superficial: Es aquella apoyada en estratos superficiales del terreno, siempre que tengan espesor y capacidad suficiente de soporte para absorber los esfuerzos que le son transmitidos, considerando como se expuso anteriormente que de producirse asentamientos, estos sean admisibles para la vivienda que se materializa en dicho terreno. Esta fundación generalmente se materializa mediante zapatas y/o cimientos Fundación profunda: Es aquella que, dada la mala calidad o insuficiente capacidad de soporte del terreno superficial, debe profundizarse, ya sea para alcanzar los estratos que sí tienen la capacidad de soporte requerida (fundación soportante) o que por el roce entre la superficie lateral de la fundación y el terreno se soporte la estructura (fundación de fricción). Esta fundación se materializa por medio de pilotes cilíndricos o prismáticos de madera, hormigón o metal, que sirven de fundación hincados en el suelo Fundación continua Elementos que conforman la fundación continua Sobre cimientos: paralelepípedo de hormigón en masa o bloque de hormigón que puede requerir refuerzos de barras de acero según cálculo. Se ubica sobre el cimiento y tiene un ancho igual o menor a éste e igual o mayor al del muro. Decepciona, ancla, aísla de la humedad y agentes bióticos a los tabiques estructurales perimetrales (muros), o tabiques soportantes interiores, siendo el nexo entre estos y los cimientos Zapatas: elementos estructurales de hormigón, ubicados bajo el cimiento y que son requeridos cuando la capacidad de carga del terreno no es suficiente para soportar la presión que ejercen los cimientos sobre él Emplantillado: capa de hormigón pobre, espesor entre 5 a 10 cm, cuya finalidad es nivelar el fondo de la excavación, entregando una superficie plana y limpia para la colocación del hormigón del cimiento
  • 6. Fundación aislada Fundación que puede ser materializada mediante pilotes de hormigón armado o pilotes de madera. Normalmente se adopta esta solución en terrenos que tienen pendientes mayores al 10% en el sentido del eje mayor de la planta, por lo que es difícil realizar movimientos de tierra (difícil acceso de maquinaria, terrenos rocosos y duros) y en los que existe presencia de agua o gran humedad del terreno. Fundación aislada de pilotes de hormigón El sistema consiste en cimientos aislados de hormigón en masa, a los que se les incorpora una armadura desacero en barras, cuya función es anclarlos a una viga refundación de hormigón armado que desempeña la función de un sobre cimiento armado Pilote de hormigón de sección rectangular, la pro- fundida del sello de fundación, armaduras y especificaciones, deben ser corroboradas por cálculo estructural. Vigas friso (viga perimetral) y vigas principales (vigas interiores) que unen las cabezas de los pilotes y transfieren las diferentes cargas de la estructura de la vivienda a la fundación aislad Fundación aislada con pilotes de madera Dada su facilidad, rapidez de ejecución y economía, este sistema de fundación es el más adecuado para viviendas de madera de uno y dos pisos Al diseño del cimiento aislado de hormigón en masa se le incorpora un rollizo de 8” a 10” de diámetro (pilote impregnado con 9 Kg/m3 de óxidos activos de CCA) los cuales son unidos mediante las vigas principales de especificaciones, secciones y características estructurales según cálculo, donde se materializa la plataforma de madera que conforma el piso de la vivienda Distribución de pilotes de madera impregnados e incorporados a los cimientos de hormigón, que transmiten las cargas al terreno
  • 7. FABRICACIÓN DE COLUMNAS EN MADERA Los procedimientos para el diseño de columnas en madera deben ajustarse con las exigencias del reglamento para construcciones en vigor en cada país o región. Lo que en este artículo se explica es una manera sencilla de diseñar los elementos estructurales de una vivienda en madera, o en combinación con tierra o arcillas. los diseños deberán emplear las formulas especificadas en el reglamento. Fórmula para el diseño de columnas en madera: P = 0,30 x E A L (al cuadrado)/d P = Carga axial en libras A = Área de la sección transversal E = Modulo de elasticidad de la madera en libras por pulgada cuadrada. L = Longitud de la columna sin soporte lateral en pulgadas. d = Dimensión del lado menor de la sección transversal en pulgadas. El modulo de elasticidad para las diferentes maderas viene dado por la tabla siguiente, también se puede encontrar en un libro que trate sobre estructuras en madera. Características físicas .- En los diseños de madera estructural se deben tener en cuenta las limitaciones impuestas por el origen orgánico del material: variabilidad natural y defectos, higroscopicidad y su influencia en la estabilidad dimensional, combustibilidad y deterioro por hongos, insectos y agentes atmosféricos, baja densidad y poco peso de las piezas. Características mecánicas .- Los diseñadores deben tener en cuenta en sus diseños las características propias del material en cuanto a resistencia y rigidez, lo que necesariamente impone restricciones de luz, excepto en vigas la minadas, carga y esfuerzos admisibles que los hace diferentes de los diseñadores en otros materiales como el hormigón y el acero. Limitaciones estructurales.- La dimensión limitada de las piezas de madera conduce al diseño de estructuras en las cuales la dificultad, inherente a la madera, de ejecutar uniones totalmente rígidas, no comprometa su estabilidad. Sistemas constructivos Las características de la madera, expresadas en los numerales anteriores, la facilidad y rapidez para trabajarla, su poco peso, la disponibilidad de diversos elementos de unión: ensambles, tornillos, grapas, etc., facilitan el empleo de sistemas constructivos y de montaje tales como paneles pre cortados y la prefabricación total y parcial, así como diversos grados de industrialización
  • 8. DISEÑO DE COLUMNAS Las columnas que se diseñarán son las 3C; 403Cy 903C, correspondientes a los niveles 1, 5 y 10, respectivamente. Estas son exteriores y comunes a los pórticos Y4 y X1 ) ( El diseño se realizará de manera que las columnas 403 C y 903C se comporten elásticamente, mientras que en la columna 3C se preverá una rótula en su base, es decir, que este diseño es congruente con el mecanismo de colapso asumido para la estructura. Se presentan a continuación las “Planillas Resumen "de los factores de sobre resistencia flexional de vigas , obtenidos en los niveles 1; 5 y 10 de los pórticos Y4 y X1. Ejemplos
  • 9. Protección contra humedad Por ser higroscópica y porosa la madera absorbe agua en forma líquida o de vapor. Si la humedad se acumula en la madera afecta sus propiedades mecánicas, se convierte en conductora de electricidad y sobre todo, queda propensa a la putrefacción por el ataque de hongos. PROTECCIÓN POR DISEÑO Protección en aleros y ventanas Protección en pilotes Protección contra hongos.- Los hongos que atacan la madera son organismos parásitos de origen vegetal que se alimentan de las células que la componen, despinte grándola. Se reproducen sobre la madera húmeda bajo ciertas condiciones de temperatura, por esporas traídas a través del aire o por el contacto directo con otros hongos. La protección de la madera debe comenzar, desde que se corta. Sin embargo, en la obra debe tenerse en cuenta lo siguiente: x Debe desecharse la madera con muestras de putrefacción y hongos, según se establece en la tabla 5. x Debe evitarse el uso de clavos y otros elementos metálicos que atraviesen la madera en las caras expuestas a la lluvia, salvo que se sellen las aberturas- Se recomienda el uso de clavos galvanizados. Protección contra insectos.- La madera puede ser atacada, especialmente en climas húmedos y cálidos, por insectos que perforan su estructura en busca de nutrientes. Entre estos insectos están las termitas aladas, las termitas subterráneas y los gorgojos. a)En zonas donde existan termitas subterráneas deben eliminarse los restos orgánicos alrededor de la construcción y establecerse barreras de tierra tratada con insecticidas hasta la profundidad de la cimentación. b)Donde existan termitas subterráneas y aladas deben colocarse barreras o escudos metálicos sobre las superficies de la cimentación en forma completamente continua. Protección contra el fuego.- Para el diseño debe tenerse en cuenta que la madera es un elemento combustible que se inflama a una temperatura aproximada de 270 ºC, aunque algunas sustancias imprégnate o de recubrimiento pueden acelerar o retardar el proceso. a)No deben utilizarse elementos de calefacción que aumenten la temperatura de los ambientes peligrosamente. b)Las paredes próximas a fuentes de calor deben aislarse con materiales incombustibles
  • 10. VIGAS Y VIGUETAS . 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. PROPIEDADES DE LAS SECCIONES Además de la resistencia de la madera, caracterizada por los esfuerzos unitarios admisibles, el comportamiento de un miembro estructural también depende de las dimensiones y la forma de su sección transversal, estos dos factores se consideran dentro de las propiedades de la sección. Centroides.- El centro de gravedad de un sólido es un punto imaginario en el cuales considera que todo su peso está concentrado o el punto a través del cual pasa la resultante de su peso. El punto en un área plana que corresponde al centro de gravedad de una placa muy delgada que tiene las mismas áreas y forma se conoce como el centroide del área. Cuando una viga se flexiona debido a una carga aplicada, las fibras por encima de un cierto plano en la viga trabajan en compresión y aquellas por debajo de este plano, a tensión. Este plano se conoce como la superficie neutra. La intersección dela superficie neutra y la sección transversal de la viga se conoce como el eje neutro. Momento de inercia se ilustra una sección rectangular de ancho b y alto h con el eje horizontal X-X que pasa por su centroide a una distancia c = h /2 a partir de la cara superior. En la sección, a representa un área infinitamente pequeña a una distancia z del eje X-X . Si se multiplica esta área infinitesimal por el cuadrado de su distánciala eje, se obtiene la cantidad (ax z 2). El área completa de la sección estará constituida por un número infinito de estas pequeñas áreas elementales a diferentes distancias por arriba y por debajo del eje X-X Radio de Giro.- Esta propiedad de la sección transversal de un miembro estructural está relacionada con el diseño de miembros sujetos a compresión. Depende de las dimensiones y dela forma geométrica de la sección y es un índice de la rigidez de la sección cuando se usa como columna. El radio de girase defin matemáticamente como= A I / ,Donde I es el momento de inercia y A el ár de la sección. Se expresa en centímetros porque el momento de inercia est en centímetros a la cuarta potencia y el área de la sección transversal est en centímetros cuadrados.
  • 11. VIGAS COMPUESTAS Vigas reforzadas lateralmente con perfiles de acero  Cuando las cargas que actúan sobre las vigas de madera son grandes, y fundamentalmente cuando la longitud de las vigas es de 7.5 a 8 metros (esto ocurre en los puentes), es necesario reforzar la escuadría de la viga con perfiles de acero colocados lateralmente en ambas caras tal como se observa en la figura. Algunas veces las condiciones arquitectónicas de una estructura, obligan también a utilizar este procedimiento de refuerzo Espesores de las planchas: No es conveniente usar mayores espesores de plancha, debido a su mayor peso propio Cuando las vigas de madera se refuerzan por medio de perfiles de acero dispuestos lateralmente, habrá que tener en cuenta para efectos de cálculo, los distintos módulos de elasticidad, del acero E a y de la madera E m . Bajo la hipótesis de que tanto los perfiles de acero como la viga de madera experimentan la misma deformación vertical, esto ocurre siempre y cuando el elemento de unión (perno) este adecuadamente apretado Vigas acopladas mediante cuña horizontal de madera La figura 3.7. muestra el acoplamiento de 2 vigas mediante un grupo de cuña-perno. Estos acoplamientos se utilizan especialmente en la construcción de puentes. Con el acoplamientos pretende construir grandes basas de altura “h” comprendidas entre 60 cm y 80 cm:60<h<80 cm Vigas especiales
  • 13. Las armaduras de madera han sido utilizadas desde mucho tiempo atrás en cubiertas de: viviendas, edificaciones religiosas, en naves industriales e inclusive puentes. La principal ventaja de las armaduras de madera radica en que los elementos que las conforman están solicitados a cargas axiales y en algunos casos a momentos flectores, acciones a las que la madera ha demostrado ser eficiente. En la solución de cubiertas o techados las armaduras de madera permiten cubrir luces mayores que si se usan vigas y/o viguetas, evitando apoyos intermedios: columnas o paneles portantes interiores con más flexibilidad en el diseño arquitectónico. El relativo poco peso, con relación a otros sistemas, las hace ventajosas durante el montaje. En las armaduras es posible utilizar elementos de longitudes cortas que en el mercado, en general son de menor precio Diseño de Cerchas o Armaduras La Pendiente de una armadura se define como la inclinación de la cuerda superior o lo que es lo mismo en ángulo que hace ésta con la cuerda inferior y se expresa como una fracción según se ve en la figura.  TIPOS DE UNIONES En el diseño y la construcción de los nudos se pueden usar varias soluciones: clavos, pernos, cartelas de madera sólida o contrachapada placas metálicas, etc. En la bibliografía especializada se encuentran sugerencias sobre el tema  CARGAS Las armaduras deben diseñarse para resistir las cargas según el uso de la misma, en ocasiones se debe tener presente las cargas ocasionales debido al montaje. Si la cuerda inferior recibe la carga del cielo raso se debe incluir en el diseño una carga mínima de 30 Kg/m²  DEFLEXIONES Las armaduras, con las cargas de diseño actuando, deben cumplir las máximas deflexiones recomendadas, por ejemplo si hay cielo raso de yeso o material similar, la deflexión máxima no debe exceder al valor de la luz/300. En cualquier caso será responsabilidad del proyectista fijar las deflexiones máximas según el uso. De ser necesaria una contra flecha y se recomienda un valor del orden de 1/300
  • 14. CRITERIOS DE DISEÑO Las cargas admisibles de los elementos se determinarán considerándolos como columnas según las recomendaciones del Cap.9. Los elementos sometidos a la acción de las fuerzas axiales y de flexión, deben ser diseñados a flexo-compresión o flexo-tracción según el sentido de la fuerza axial (Cap.9, Secc. 9.8 y 9.9). Material.- Es recomendable el uso de maderas del grupo C, pues debido a su baja densidad son fáciles de clavar y livianas para su montaje. Maderas de otras especies de grupos más densos pueden usarse también con uniones ensambladas y/o empernadas. Dimensiones Mínimas.- Las secciones de los elementos no deben ser menores de 6.5 cm de peralte y 4 cm de ancho (dimensiones reales secas), a menos que se usen cuerdas de elementos múltiples, en cuyo caso pueden considerarse anchos más pequeños. Los elementos de unión deben cumplir con los requisitos que se presentan en el Cap. 12 (Secc. 12.2). Se recomienda que en el caso de usar cartelas de madera contrachapada, ésta sea de un espesor no menor a 10 mm. De preferencia la densidad básica de la madera de las chapas debe ser mayor de 0.4 para permitir a los clavos desarrollar sus cargas de trabajo sin aplastar rápidamente la cartela. Si no se dispone de manera contrachapada de calidad estructural (fabricada con colas resistente a la humedad) las cartelas de madera sólida son más recomendables. Esfuerzos Admisibles y Módulo de Elasticidad.- En caso de que el espaciamiento entre armaduras sea de 60 cm o menos, los esfuerzos admisibles pueden ser incrementados en 10% y se puede usar el módulo de elasticidad promedio, Pero. En caso contrario, se considerarán los esfuerzos admisibles sin ningún incremento y el módulo de elasticidad mínimo Las cerchas o armaduras son uno de los elementos estructurales que forman parte del conjunto de las estructuras de forma activa. Es por ello que para establecer los aspectos relacionados con las cerchas, a continuación se indica las propiedades de la cercha como elemento estructural sometido a tracción y compresión. Además se muestra las propiedades que rige el diseño de la cercha, así como las unidades adicionales requeridas, asimismo se indica el procedimiento para estimar las dimensiones de las secciones transversales de los componentes de la cercha. Para distinguir las propiedades de la cercha primero se establece la definición donde se indica las ventajas, comportamiento, relación con el cable y arco, materiales empleados para la construcción, elementos necesarios y los principales usos dados a esta unidad estructural. Posteriormente se señala algunos métodos de resolución de cerchas así como el diseño y un ejemplo de aplicación
  • 15. Diseño de Entrepiso en Madera Un entrepiso es la solución ideal para ahorrar espacio en una casa, ya sea nueva o en proceso de Remodelación. Un altillo, se puede construir en cualquier nivel de un piso de tierra de la casa o piso de arriba. Sin embargo, es claro que es mejor tener una altura de techo consistente, ya sea por comodidad o simplemente para mantener una altura razonable bajo entresuelo. Entre los pasos para lograr un entrepiso, usted tendrá que empezar por poner todas las restricciones en blanco y negro. Es decir, fijar las alturas mínimas en el desván y bajo el techo, determinar su longitud y profundidad, teniendo en cuenta la superficie y el volumen de la habitación, elegir el lugar más adecuado para la luz, pero primordial mente, tener una idea de la ubicación de las escaleras, hacer una lista de todos los posibles puntos de apoyo, para la carga útil del entrepiso Esas son las partes de un entrepiso, ahora veremos por pasos como se construye un entrepiso teniendo en cuenta la parte anterior: 1) Hacer un diagrama con la ubicación de las vigas, luego trazar la ubicación de las vigas y cadenetas, para que estas calcen con los tableros. Instalar la pieza de apoyo. 2) Luego de haber instalado las piezas de apoyo, entonces cortar y fijar las vigas y las cadenetas, luego fijar los tableros y el estructural de 18mm , los cueles deben quedar siempre atravesados con respecto a las vigas. 3) Luego de haber fijado todo, entonces comenzamos con el encintado del cielo raso por el lado inferior, allí colocamos la aislación termo acústica y por ultimo ubicamos el tablero y el revestimiento final. Se debe tener en cuenta orientar las vigas en la dirección mas corta. y mirar que todos los bordes de los tableros deben quedar apoyados, para ello, colocar las cadenetas en los puntos de unión
  • 16. Variantes de la Construcción de un entrepiso : Una variante muy económica y liviana, son los entrepisos de madera, con una estructura simple de vigas, sobre las cuales se apoya un piso de madera machihembrada. En estos casos, e importante que se realice un cálculo meticuloso previo, de los esfuerzos a que estará sometida la estructura. En las vigas descarga todo el peso del entrepiso, el mobiliario y el peso en movimiento de las personas. De acuerdo al esfuerzo calculado, se decidirá la manera en que se descargará el peso de la estructura, ya sea apoyándose sobre pilares, vigas laterales de apoyo, o sobre soportes amurados, o recurriendo a trabajos de albañilería, amurando las vigas. La luz recomendada entre vigas, no debe superar los 70cm, de eje a eje de viga. La construcción de un entrepiso es una forma de ganar espacio, reducir la altura de una construcción, y ambientar una habitación reciclada para que se ajuste mejor a la forma moderna de vida. Un entrepiso puede conferirle un toque de originalidad y atractivo a un ambiente, permitiendo articular de un modo más interesante el espacio y darle una funcionalidad mayor. En el reciclado de casas, el empleo de entrepisos es muy común, pues las viejas casa suelen tener techos muy elevados, lo cual las hace incómodas y difíciles de climatizar. También si se desea adaptar un depósito o galpón, para utilizarlo como casa habitación, los entrepisos, son una manera eficiente y económica de obtener varios ambientes y aprovechar al máximo el volumen de construcción. Algunos usos del entrepiso pueden ser en habitaciones infantiles, para hacer las habitaciones de dos hermanos en una misma, también para construir una biblioteca dentro del dormitorio o del living, y muchas combinaciones más.No siempre es posible crear un entrepiso, la habitación debe contar con ciertas dimensiones y altura mínimas, de lo contrario, se convertirá en un estorbo. La altura mínima de la habitación, no debe ser inferior a los 4m. la superficie que abarque puede ser igual a la de la habitación, o parcial, para que se tenga una visión del entrepiso, a modo de terraza, eso depende del gusto y las necesidades.
  • 17. Diseño de estructura de Techo en madera En el diseño que veremos a continuación se tomaron en cuenta dos aspectos, el primero que la estructura de madera pueda soportar el techo de un ambiente de 10.8 m por 7.2 m, constituyendo un área mediana sin utilizar columnas ni vigas, en segundo lugar utilizar la madera para crear una estructura sólida pero a la vez de diseño arquitectónico de tal forma que no sea necesario la colocación de un falso techo, veamos el resultado El volado exterior es la continuación de los listones grandes de madera, pero van unidos transversalmente a listones mas pequeños constituyendo de esta forma una estructura conectada que le da solidez. La intersección de los listones es crucial para mantener la malla estructural del techo, para las asegurar las juntas se emplearon pernos y tuercas. Si bien el diseño de esta estructura de madera fue pensado para un lugar donde se practica deporte, se puede replicar en nuestras ampliaciones de casa donde conseguimos ambientes grandes y no queremos colocar columnas, también sirve como ejemplo para ver cómo una estructura de madera puede servir como protección de los ocupantes de la casa, así como también que tenga un aspecto arquitectónico fuera de lo común. Diseño del modelo de marco portante Se realizaron los diseños arquitectónicos, de ingeniería estructural y los planos del modelo propuesto empleando la metodología de Diseño Ambientalmente Integrado (dAI) definida por Contreras y Cloquell (2006), el cual se refiere, entre otros, a procurar un diseño arquitectónico adaptado al medio físico, cultural y socio productivo del país, respetuoso del medio ambiente, razón por la cual se apoya en el Eco diseño y aplica los preceptos de protección y conservación de la madera, especialmente, utilizando los principios de protección por diseño. Una vez definido el concepto generador, y elaborado su análisis de ciclo de vida, se procedió a realizar los dibujos de plantas, cortes, detalles, fachadas e isometrías, para lo cual se utilizan las distintas herramientas y materiales de dibujo técnico tradicional; así como, el software AutoCAD y el desarrollo de los modelos a escala manufacturados con madera sólida
  • 18. Método de cálculo estructural Se diseñó una estructura en madera sólida a base de marcos portantes, los cuales forman un módulo de 2,4 m (ancho) x 3,2 m (largo) x 2,7 m (alto), unidos por pernos y planchas de hierro y, para obtener la mejor estabilidad lateral del marco se sitúan en sitios estratégicos diagonales de arrostramiento. Para la realización de este diseño se siguen los siguientes pasos: a)Se procede a diseñar dos expresiones del modelo propuesto empleando el método de diseño pragmático y analógico. b)Se distribuyen las cargas correspondientes tanto para el techo como para el entrepiso en los modelos propuestos, para luego realizar los cálculos necesarios utilizando el método de elementos finitos. c)Se introducirán los modelos propuestos con dimensiones aproximadas y con las cargas correspondientes en el programa para el cálculo por el método de elementos finitos, su previa comprobación y dimensionamiento utilizando el método de diseño por esfuerzos admisibles. d)Se realiza el análisis de precio unitario par su comparación con otras estructuras tradicionales. e)Finalmente, serán representados bidimensional y tridimensionalmente con las dimensiones óptimas Análisis de Carga para el techo Se diseñó una cercha a dos aguas de 9 m de luz y espaciada a cada 1 m, destinada a cubrir el área de la vivienda seleccionada, la cual va a estar constituida por un techo de machihembrado de 2,5 cm., a su vez éste va a estar recubierto con un manto asfáltico de 3 mm de espesor y sobre éste se le van a colocar tejas criollas con asiento de mortero, además se considera que la armadura va a soportar cielo raso Cálculos de las vigas principales y de las columnas Para este proceso se hizo una página en Excel, donde se introdujeron los datos necesarios para los cálculos pertinentes de la siguiente manera: se selecciona el miembro más desfavorable para cada fuerza y momento resultante, se comprueba por flexión, luego se comprueba por corte, se compara por flexo-compresión, y por último se calcula la longitud mínima de apoyo Cálculo del número de pernos Para el cálculo del número de pernos se utilizan los valores más altos de las fuerzas dadas por Cadre. Para las distintas uniones en este modelo se van a utilizar cabilla lisa terrajada en ambos extremos, placas de hierro, tuercas y arandelas. Es de hacer notar que para estos cálculos las uniones no se consideraron rígidas, debido a que en madera es muy difícil hacer uniones restringidas a momentos dada la naturaleza orgánica de la madera, y por la gran cantidad de pernos que arrojarían los resulta dos, y con lo que se conseguiría debilitar la unión Pernos para las vigas Para este cálculo se utilizan los valores más altos de las vigas divididos entre dos, debido a que este elemento en la realidad está conformada por dos piezas unidas por los pernos y por razones de simulación se utilizó un solo elemento de viga. Se calculan las fuerzas, equivalentes, las fuerzas resistentes del perno, para la fuerza admisible por cada perno se utiliza la Fórmula de Hankinson, para lo cual se determina el ángulo de la fuerza resultante con respecto a la dirección de la fibra.
  • 19. La madera machihembrada para techo "Madera machihembrada para techo" se puede definir como piezas de madera de espesor (e) entre 12 mm y 23 mm., ancho (a) y largo (l) determinados, labrada de tal manera que la contracara o cara inferior esté cepillada (pueden ser ambas caras), uno de sus cantos presente una lengüeta o "macho" y el otro una ranura o "hembra", lo que permite ensamblar piezas sucesivas para conformar una superficie que servirá de soporte a la cubierta definitiva de un techo Calidad de la madera machihembrada El resultado final del techo machihembrado en cuanto a resistencia, durabilidad, estabilidad dimensional y aspecto depende de la calidad de la madera que se utilice. Como mencionamos antes, se pueden utilizar varias especies maderables, y es por ello que debemos observar algunas recomendaciones básicas, que van más allá de aspectos como el color o la veta de la madera  Es recomendable que el espesor de las piezas no sea menor de 12 mm. y que sea constante, es decir, en la conformación de una misma superficie no colocar listones de espesores diferentes  La profundidad de acople entre macho y hembra no debe ser menor de 7 mm. para garantizar un ensamblaje adecuado  En cada pieza o listón machihembrado, tanto el macho como la hembra deben ser continuos y sin presencia de corteza  La longitud de las piezas debe ser múltiplo del espaciamiento entre ejes de los elementos que las soportarán. No poder aplicar este criterio significa considerar un desperdicio de 35% o más en la instalación
  • 20. Elementos auxiliares En edificación, la madera, además de su uso estructural presenta un amplio abanico de posibilidades, con múltiples aplicaciones, desde las tradicionales carpinterías, o entarimados hasta sistemas de cerramiento de fachadas y cubiertas. Los sistemas sándwich utilizados como cerramiento de cubiertas inclinadas, son una solución muy utilizada, ya que aportan frente a otras soluciones tradicionales los aislamientos térmicos y acústicos exigidos por el Código Técnico de la Edificación, mediante una solución fácil de montar que es capaz de proporcionar por otro lado, una amplia gama de acabados estéticos en su interior. Esta solución consiste en un panel sándwich, formado por dos tableros (de madera, cemento, yeso...) que se encuentran unidos a un núcleo aislante, formando piezas que son fácilmente manejables y que se pueden unir a una estructura secundaria de correas de madera, mediante fijaciones sencillas, lo que aporta grandes ventajas desde el punto de vista técnico y económico.Con este sistema se crea una superficie continua, que permite colocar sobre la misma, una amplia gama de materiales de acabado, desde láminas de impermeabilización, hasta rastreles para fijar las tejas
  • 21. Nota: toma de captura de pantalla a programa de AutoCAD