ESTRUCTURAS DE MADERA - ELEMENTOS EN TECHUMBRE JUNIO 2021
ESTRUCTURA DE TECHUMBRE
TIPOS DE CERCHAS Y FUNCIÓN
TIPOS DE ENSAMBLES Y UNIONES
ÍNDICE Pág. 3
Pág. 9
INTRODUCCIÓN
UNIONES
Definición de la techumbre, características y aspectos a considerar para su planificación, diseño y ejecución.
Características técnicas de las uniones, ensambles y acoplamientos.
Pág. 5
Pág. 12
CERCHAS
LINKS DE INTERES
Tipos de cerchas, tipos de uniones y sus características.
Normativas constructivas, manuales, escuadrias y tipo de maderas.
ESTRUCTURAS DE MADERA| PÁG. 2
INTRODUCCIÓN Cuando nos referimos a elementos estructurales de madera en techumbre, podemos pensar rápidamente en las cerchas y los tijerales. Esto se debe a que dentro de la cultura patrimonial y popular siempre se han utilizado estos elementos en base a la madera aserrada puesto que es uno de los materiales de construcción mas utilizado en el uso estructural, de ahí su utilización en la fabricación de cerchas. Se entiende como techumbre a todos los elementos que conformaran la parte superior de una construcción y/o vivienda, este es efectuado sobre los muros, y esta se encuentra ubicada sobre el cielo del ultimo piso de la edificación, cuya finalidad principal es generar un recubrimiento para así aislar la vivienda del medio ambiente y sus posibles cambios climáticos.
La techumbre esta compuesta por dos partes: - Cubierta. ( vinculada a la arquitectura) - Estructura de techumbre. ( vinculada a la composición física) Cada una de estas tiene su planificación muy bien especifica y además se puede diferenciar una de la otra debido al enfoque que se le dará a la hora de diseñarla. Si analizamos la cubierta que es aquella que esta ligada a la arquitectura, aquí analizaremos la aguas o vertiente, los encuentros de techumbre. Las aguas son superficies planas e inclinadas, las cuales se encargan de recibir la lluvia y/o nieve en caso de ser necesario, desde el punto de vista de la arquitectura la cubierta se defiende según su diseño que será determinada por el numero de planos o aguas que estable el mismo arquitecto. Se podrá diseñar la techumbre con diferente aguas, de dos o cuatro; de una u otra forma, con o sin lucarna.
Tipos de aguas para techumbre.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 3
El diseño de la techumbre podrá ser constituida por diferentes elementos, como la forma y las aguas, y es por esto que se deben tener en cuenta ciertos aspectos a considerar. Pendiente: grado de inclinación que tenga la agua. Esta se puede medir en: Grados: referente al Angulo creado por la unión del plano de las aguas con el plano horizontal. Porcentaje: establece la un numero de unidades que se debe subir en vertical, por ejemplo la cantidad de centímetros que sube la pendiente por cada metro lineal. Cumbrera: linea, eje superior o arista horizontal mas alta que separa dos aguas de la techumbre. Limatón o limatesa: es la arista que se encuentra entre dos aristas inclinadas, separando el escurrimiento de las aguas lluvias. Limahoyas: arista inclinada formada por el encuentro entre dos planos inclinados, generando la canalización de las aguas lluvias. Frontón: tabique soportante, normalmente de forma triangular, con el cual se remata la techumbre. Normalmente posee el respirador de la techumbre. Faldón: plano de escurrimiento formado entre dos limatesas.
Modelo de porcentaje de inclinación.
Modelo de componentes de la techumbre .
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 4
CERCHAS Tipos,ensambles, y uniones
La cercha es una serie de barras firmes y rectas conectadas entre una y otra con el fin de crear una estructura reticulada, la cual por su diseño y tipo de construcción puede ser utilizada para salvar grandes luces. Los elementos que componen una cercha son: Cuerda superior, par o pierna: es cada una de las piezas inclinadas superior que forman las aguas de la techumbre. Tirante: pieza horizontal de la cercha que une las piernas y se apoya sobre la solera superior. Diagonales: pieza inclinada que une la cuerda superior con el tirante. Tornapunta: pieza colocada en forma diagonal con el fin de generar la triangulación de la cercha y trasmitir los esfuerzos de los pares a los tirantes. Pendolón: elemento vertical cuya función es unir una parte de la cumbrera con otro del tirante. Péndola: pieza vertical que une una parte del par con otro del tirante.
Secciones de una cercha.
Las cerchas puede ser clasificadas según su forma, distribución de diagonales, por su sección y sus componentes de fabricación. Según su forma: La forma triangular es la opción mas utilizada ya que esta permite su uso en luces mayores. Su pendiente oscila entre los 12° y 45°, pero existen entre 30° a 60° adecuadas si existe probabilidad de nieve. La forma de tijera se caracteriza por tener tanto el cordón superior e inferior inclinadas dando una mayor altura en la parte central de la cercha. La forma rectangular o mas conocida como viga armada o celosía, sirve por su facilidad de salvar luces de amplio rango, entre 7 a 30 metros. La forma curva se llama así debido a que el cordón superior de la cercha tiene esta forman todo esto para mejor su resistencia estática antes los esfuerzos cargas que la estructura soportara.
Tipos de cerchas según su forma.
ESTRUCTURAS DE MADERA| PÁG. 5
Según la distribución de sus diagonales, se pueden clasificar por: Howe: formada por elementos horizontales superiores e inferiores y es entre estos se encuentran dispuestos las barras diagonales. Los elementos verticales o montantes trabajan a la tracción, mientras que aquellos elementos diagonales trabajan a la compresión. Pratt: Consta de montantes verticales que trabajan a la compresión y diagonales a la tracción. Fink: es la mas habitual en la construcción de viviendas y/o estructuras livianas. Warren: aquí los elementos diagonales están dispuestos de forma simétrica con el siguiente, creando así una alternancia entre quien se comprime y se tracciona.
Modelo de armadura tipo Howe.
Modelo de armadura tipo Pratt.
Modelo de armadura tipo Fink.
Modelo de armadura tipo Warren.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 6
Continuando la distinta clasificación de las cerchas podemos notar que estas se logran clasificar también por sus secciones y es esto parte importante del diseño y fabricación, esta clasificación responde a la necesidad de duplicar o triples los pares, los pendolones, las diagonales o montantes en caso de necesitarlo. Simple: este tipo es el mas fácil de ensamblar, ya que todos sus elementos van igual con respecto a un mismo plano, minimizando además los costos de fabricación. Es recomendado que la unión en los nudos de la cercha se efectué mediante tableros contra enchapados, acero o placas(dentadas o perforadas) para así asegurar su correcto desempeño estructural. Compuesta: esta clasificación es particularmente distinta a la anterior, ya que podremos encontrar piezas interconectadas de tal manera de asegurar su funcionamiento como unidad. El tener elementos rígidos de forma doble o triple le brindara al reticulado un mejor desempeño estático y dinámico, además de otorgar mayor rigidez. La unión se efectúa mediante pernos, clavos o pasadores mecánicos.
Modelo de cercha simple.
Modelo en elevación de cercha de sección simple.
Modelo de cercha doble.
Las cerchas pueden presentar tanto sus diagonales como pares o tirantes dobles o triples.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 7
Por ultimo las cerchas se clasifican por el tipo de unión que presenten en los nudos y/o juntas, estas uniones pueden ser realizadas mejor clavos , pernos, placas(fenólicas, perforadas, dentadas). Si deseamos realizar la unión entre dos elementos de madera se recomienda la utilización de clavos, siempre y cuando la luz libre sea hasta 15 metros. Como inconveniente se encuentra la gran cantidad de clavos que se necesita para unir sus nudos. El uso de pernos para la unión de los elementos se utiliza además de su fuerte resistencia al cizalle es para vigas que queden a la vista, y no desfavorecer la estética de la sección. Los pernos que se utilicen para la unión de elementos estructurales deben tener golillas para asegurar el agarre entre elemento madera-madera. Es importante considerar que las uniones por pernos son y serán mas flexibles que aquellas unidas por clavos, por ende se debe tener en cuenta a la hora del diseño.
Las uniones metálicas ha hecho posible el aprovechamiento más eficiente de la madera en el diseño de cerchas. Antes era necesarias grandes secciones transversales a fin de tener uniones seguras y solo se utilizaba entre el 40% y 60% de capacidad de resistencia de la madera. Ahora, al utilizar uniones metálicas es posible obtener el 80% y hasta el 1005 de la resistencia de los diferentes elementos de madera que conforma una cercha.
Union de cerchas mediante pernos en cercha doble.
Elemento de cercha unidos mediante contrachapado de placa.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 8
UNIONES A la hora de la planeación, diseño y ejecución de una cercha los mas critico son los encuentros de sus barras, los nudos, ya que estos son la sección de la barra mas débil y con mas probabilidad de fallar. La unión o uniones permite a la estructura que las solicitación sean repartidas entre las distintas porciones de las barras, esto lo hacemos mediante espigas, cajas o rebajes, o simplemente cajas.
- Ensamble de barbilla y rebaje: es utilizado para unión de tornapuntas y el pendolón de las cerchas. La ventaja es que se mantiene la resistencia del elemento, para esto es recomendado la utilización de fijación por pernos o bridas estructurales metálicas.
Las uniones se pueden clasificar por empalmes, ensambles y acoplamiento. Ensamble: Esto hacen referencia a cuando la unión posee cierto ángulo de inclinación. Los ensambles pueden realizarse a tracción, compresión. Para los ensambles a compresión podemos notar ciertos tipos de uniones utilizadas para dar funcionalidad a la estructura además de mantener la estructura monolítica.
Ensamble del tipo caja y espiga.
-Ensamble de caja y espiga: utilizada comúnmente para la unión de pendolones con tirante de flecha, esto para evitar que la espiga soporte todas las cargas de compresión. Este ensamble puede ser recto u oblicuo. Ensamble del barbilla y rebaje.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG. 9
Para los ensambles a la tracción podemos nombrar a los tres mas característicos en cola de milano, de cuelgue de tirante o mediante fijación de pernos. - Ensamble en cola de milano: esta es empleada entre uniones de tirantes, Su conexión es realizada en la mitad de la sección de la pieza.
Figura de ensamble en cola de milano.
- Ensamble por pernos: utilizado para uniones donde las cargas no sean necesariamente grandes , en caso de presentar grandes cargas se puede realizar un rebaje en le encuentro de las barras. - Ensamble por cuelgue de tirante: . aquí se conecta una pletina o placa metálica y se fija a la barra, permitiendo solventar la luz a la mitad además de transmitir los esfuerzos de tracción de la cercha.
Figura de ensamble por cuelgue de tirante.
Empalmes: método por el cual se entrelaza la madera con el fin de aumentar o mantener su resistencia ante las solicitaciones, además con este método se puede lograr aumentar la longitud de la barras. - Empalme de rayo júpiter: es la opción mas optima para la tracción, para su ejecución se debe considerar la longitud del rayo y el Angulo de inclinación entre el encuentro de los dientes. - Empalme entre vigas sobre apoyo: aquí el empalme es sometido a la flexión y es por esto que este empalme se debe hacer siempre sobre un punto de apoyo. La unión se hace a media madera mediante pernos o clavos.
Figura de empalme de rayo júpiter.
Figura de empalme entre vigas sobre apoyo.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG.10
Existen reglas generales para el diseño de cerchas que es importante tener presente al momento de construir estas, los procedimientos son los siguientes: 1.
Determinación de las cargas solicitantes, las cuales se pueden determinar con las prescripciones de las normas para el diseño. 2. Cálculo de las solicitaciones en los diferentes elementos de la cercha. 3. Selección de la especie, dependerá de la posición donde se ubicará la estructura y de las maderas más comunes en la zona. 4. Grado de calidad en función de la resistencia que se desea en la madera. Es recomendable utilizar grados con tensiones bajas, ya que proveen el diseño más eficiente y económico. 5. Determinación de las escuadrías requeridas en los diferentes elementos de las cercha. 6. Diseño de las uniones, estableciendo el espaciamiento entre elementos de unión y la distancia de ellos al borde y a los extremos de la pieza que se une.
Esquema de cerchas triangulares, en función de las solicitaciones que soportan por las diagonales.
Esquema sobre la determinación de los puntos de encuentro sobre el tirante.
Esquema sobre la determinación de los puntos de encuentro sobre los pares de la cercha.
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG.11
LINKS DE INTERES O.G.U.C. Ordenanza general de urbanismo y construcción. https://www.minvu.cl/ CCHC Cámara de la construcción chilena. https://www.cchc.cl/ CORMA Corporación chilena de la madera. https://www.corma.cl/ INN Instituto nacional de normalización. https://www.inn.cl/
ESTRUCTURAS DE MADERA | PÁG.12
