Miembros estructurales en Madera

Stephanie Bueno CI. 21577619

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓNINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑOESCUELA DE ARQUITECTURAESTRUCTURAS IV

Fundaciones en estructuras de madera

Toda edificación requiere una base de sustentación 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.

oLa 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.

Fundaciones en estructuras de madera

En la construcción en madera se recurre normalmente a sistemas de cimentación tradicional, constituidos por pozos o zanjas rellenos con obras de fábrica (hormigón ciclópeo, en masa o armado, mampostería o fábrica de ladrillo), el único problema que se presenta es la organización constructiva del arranque de la construcción en madera sobre el plano superior de la cimentación Para ello se conseguir un aislamiento eficaz entre

las soleras o durmientes de madera y su apoyo, mediante el empleo de chapas metálicas o telas asfálticas. Si se trata de pies derechos, las soluciones que encontramos pueden ser diversas, según el tipo de unión que precisemos.

Tipos de unionesAnclajes en piedra: Unión empotrada

Unión Semiempotrada:

Anclajes en macizos de hormigón: Unión articulada

En este encuentro el pilar puede girar en todas direcciones debido a la elasticidad del acero que lo une a la cimentación.

Anclajes en zapatas de hormigón armado:

Unión empotrada ocultaLas cartelas quedan en el interior del soporte, impidiendo los movimientos de este en ambas direcciones.

Unión empotrada y ocultaEn esta se rigidiza el empotramiento en una dirección quedando semiempotrada en la perpendicular.

Uniones empotradas y vistas

Fundaciones en estructuras de madera

Fundación superficial:

Sistema de cimentación que se encuentra justo debajo de la parte inferior de una estructura y que se apoya directamente sobre el terreno transmitiendo las cargas del edificio mediante compresión vertical.

Fundación profunda 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.

Pilote

Fundación continua :

Zapatas: son un tipo de cimentación superficial que puede ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a compresión medias o altas.

Fundación aislada: Sirven de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite.

Fundación aislada de pilotes de hormigón

Consiste en cimientos aislados de hormigón en masa, a los que se les incorpora una armadura de acero en barras, cuya función es anclarlos a una viga de fundación de hormigón armado, que desempeña la función de un sobrecimiento armado.

Fundación aislada con pilotes de madera

Es el sistema 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 C.C.A.) 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.

Plataforma de hormigón Estructura horizontal conformada por capas de diferentes materiales (ripio, arena, hormigón) y de distintos espesores que se apoya en el terreno natural con capacidad de soporte suficiente

Diseño de columnas Son aquellos en que las cargas son transmitidas por las vigas que

trasladan a los postes y estos a las fundaciones. Utilizado principalmente cuando se deben salvar luces mayores, pudiendo dejar plantas libres de grandes áreas. Utiliza pilares o postes, los cuales están empotrados en su base y se encargan de recibir los esfuerzos de la estructura a través de las vigas maestras ancladas a estos, sobre las cuales descansan las viguetas que conformarán la plataforma del primer piso o del entrepiso.

Utiliza pilares o postes, los cuales están empotrados en su base y se encargan de recibir los esfuerzos de la estructura a través de las vigas maestras ancladas a estos, sobre las cuales descansan las viguetas que conformarán la plataforma del primer piso o del entrepiso.

Las columnas de madera pueden ser de varios tipos: maciza, ensamblada, compuesta y laminadas unidas con pegamento. De este tipo de columnas la maciza es la más empleada, las demás son formadas por varios elementos.

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.

Diseño de vigas 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.

Son elementos de dimensiones más esbeltas que las columnas, se encuentran apoyadas directamente sobre las columnas o sobre una viga principal, formando entrepisos o la estructura de un techo

Debido a la incertidumbre en el grado de continuidad que puede lograrse en las uniones entre las vigas y columnas, y entre estas y la cimentación, se deben contar con elementos que provean estabilidad lateral al sistema.

Esto se obtiene por medio de miembros en diagonal que formen triángulos, diafragmas de madera u otros elementos adecuadamente unidos al conjunto de vigas y columnas.

Centroides

El centro de gravedad de un sólido es un punto imaginario en el cual se 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 de la superficie neutra y la sección transversal de la viga se conoce como el eje neutro.

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.

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 de la forma geométrica de la sección y es un índice de la rigidez de la sección cuando se usa como columna. El radio de giro se define matemáticamente como r= A I /, Donde I es el momento de inercia y A el área de la sección. Se expresa en centímetros porque el momento de inercia está en centímetros a la cuarta potencia y el área de la sección transversal está en centímetros cuadrados. El radio de giro no se usa tan ampliamente en el diseño de madera estructural como en el diseño de acero estructural. Para las secciones rectangulares que se emplean comúnmente en las columnas de madera, es más conveniente sustituir el radio de giro por la dimensión lateral mínima en los procesos de diseño de columnas.

Momento de inercia

Se define como la suma de los productos que se obtienen al multiplicar todas las áreas infinitamente pequeñas por el cuadrado de sus distancias a un eje

DEFLEXIONES ADMISIBLES

Se llama flecha o deflexión a la deformación que acompaña a la flexión de una viga, vigueta o entablado. La flecha se presenta en algún grado en todas las vigas, y el ingeniero debe cuidar que la flecha no exceda ciertos límites establecidos. 

Es importante entender que una viga puede ser adecuada para soportar la carga impuesta sin exceder el esfuerzo flexionante admisible, pero al mismo tiempo la curvatura puede ser tan grande que aparezcan grietas en los cielos rasos suspendidos revestidos, que acumule agua en las depresiones de las azoteas, dificulte la colocación de paneles prefabricados, puertas o ventanas, o bien impida el buen funcionamiento de estos elementos.

Diseño de cerchas 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. El tamaño no está limitado por el largo de las piezas comerciales, puesto que existen sistemas de unión que permiten conformar elementos de dimensiones mayores. Su uso en viviendas evita sobrecargarla estructura de los pisos inferiores, y la necesidad de tabiques estructurales interiores. Como inconveniente está el hecho que en general reduce el aprovechamiento de la mansarda, pero existen alternativas de cerchas que permiten un mejor uso de dicho espacio

Método de las secciones

La porción de la armadura que se escoge se obtiene trazando una sección a través de tres barras de armadura, una de las cuales es la barra deseada; dicho en otra forma, trazando una línea que divida la armadura en dos partes completamente separadas pero que no intercepte más de tres barras.

Método de los nodos

Como toda la cercha está en equilibrio, cada pasador debe estar en equilibrio. El hecho de que un pasador esté en equilibrio puede expresarse haciendo un diagrama de cuerpo libre y escribiendo dos ecuaciones de equilibrio. La distribución de nodos y barras en una armadura simple es tal que siempre es posible encontrar un nodo en que sólo haya dos fuerzas desconocidas. Estas fuerzas pueden calcularse siguiendo los métodos de equilibrio, y sus valores pueden trasladarse a los nodos adyacentes y tratarse como cantidades conocidas en dichos nodos. Este procedimiento puede repetirse hasta que se hallen todas las fuerzas desconocidas. El diagrama de Maxwell, facilita el análisis gráfico de problemas en armaduras.

Resolución de cerchas

Elementos que conforman una cercha

Par o pierna: cada una de las dos piezas inclinadas de un tijeral que forman las aguas de una techumbre.

Tirante: pieza horizontal de una cercha que une el extremo inferior de los pares e impide que se separen. Diagonales: pieza inclinada que une un par con el tirante.

Tornapunta: elemento que disminuye la luz de los pares y por lo tanto su escuadría. Pendolón: elemento vertical que une un punto de la cumbrera con otro del tirante.Péndola o montante: elemento vertical que une un punto del par con otro del tirante.

Tipos de cerchas Howe: Está compuesta por montantes que

trabajan a la tracción y diagonales que lo hacen a la compresión. Es apta para ser trabajada en un mismo material.

oPratt: Consta de montantes verticales que trabajan a la compresión y diagonales a la tracción. Los elementos diagonales encargados de resistir el esfuerzo de tracción son más largos que los sometidos a la compresión. Se recomienda su uso para pendientes entre 25° y 45° y luces de hasta 30 m.

Fink: Es la más usada para viviendas o estructuras livianas. Permite salvar luces de entre 12 a 18 m siempre que la pendiente sea superior a 45°.

•Cerchas simples: pares, diagonales y cuerda van en un mismo plano. Esto las hace fácil de armar y la solución en la unión de los nudos se debe efectuar por medio de tableros estructurales contrachapados, acero, placas perforadas o dentadas.

•Cerchas compuestas: tiene la particularidad de tener piezas adecuadamente interconectadas para funcionar como una unidad. El hecho de tener elementos dobles o triples da mayor rigidez y facilita la solución de nudos al coincidir los ejes neutros de los distintos elementos. Su unión se realiza por medio de clavos, pernos, pasadores o conectores, así como elementos mecánicos de unión.

Diseño de entrepiso Las losas de entrepiso se

consideran como uno de los elementos más delicados en la construcción de vivienda, ya que una colocación incorrecta del acero de refuerzo puede llevarla al colapso sin necesidad de que sobrevenga un sismo.

Son los elementos rígidos que separan un piso de otro, construidos monolíticamente o en forma de vigas sucesivas apoyadas sobre los muros estructurales.

Cumplen las siguientes funciones:

- Función arquitectónica: Separa unos espacios verticales formando los diferentes pisos de una construcción; para que esta función se cumpla de una manera adecuada, la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visión directa, es decir, que no deje ver las cosas de un lado a otro.

- Función estructural: Las losas o placas deben ser capaces de sostener las cargas de servicio como el mobiliario y las personas, lo mismo que su propio peso y el de los acabados como pisos y revoques. Además forman un diafragma rígido intermedio, para atender la función sísmica del conjunto.

Se pueden clasificar así:

SEGÚN LA DIRECCIÓN DE CARGA: 

- Losas unidireccionales: Son aquellas en que la carga se transmite en una dirección hacia los muros portantes; son generalmente losas rectangulares en las que un lado mide por lo menos 1.5 veces más que el otro. Es la más corriente de las placas que se realizan en nuestro medio.

- Losa o placa bidireccionales: Cuando se dispone de muros portantes en los cuatro costados de la placa y la relación entre la dimensión mayor y la menor del lado de la placa es de 1.5 o menos, se utilizan placas reforzadas en dos direcciones.

- Losa o placas apoyada en madera: Son las realizadas sobre un entarimado de madera, complementadas en la parte superior por un diafragma en concreto reforzado.

Diseño de techo El techo de madera es un

sistema que puede estar compuesto de una serie de vigas, casi siempre inclinadas, un conjunto de armaduras o la combinación de ambos. Se apoyan sobre tabiques de madera, muros de mampostería o sobre vigas principales de madera u otro material.

La cubierta final: lámina, teja, baldosas, etc. Se apoya por medio de costaneras o vigas secundarias a la estructura principal de techo.

Las uniones entre miembros de una armadura de techo o entre vigas inclinadas y sus apoyos juegan un papel importante para el buen comportamiento de este sistema estructural.

Plano de vivienda unifamiliar tipo townhouse de 95m2