INTRODUCCIÓN El hombre buscó refugiarse de la intemperie al salir de sus cuevas y desde esa época usó madera, la misma que hoy se reconoce como material primordial en la construcción habitacional que incluye desde las casas de troncos y tablas, donde se utilizaban técnicas muy elementales, hasta las modernas construcciones como grandes edificaciones para apartamentos y casas de recreo, de gran calidad, riqueza tecnológica y diseño arquitectónico. La madera, como recurso natural renovable, ofrece grandes ventajas ambien ambiental tales es favore favorecie ciendo ndo proces procesos os de soport soporte e al ecosis ecosistem tema a y brinda brindando ndo enormes garantías como materia prima de alto potencial físico, mecánico y estético para la construcción Es tal vez el material más antiguo en construcción, sus excelentes resultados y aplicaciones se contemplan en obras arquitectónicas de gran belleza en Europa, Estados Unidos y algunos países de América Latina; sin embargo en Colombia, donde el recurso forestal abunda y la calidad de las maderas es garantía para aplicaciones estructurales, los prejuicios y temores han limitado su uso de manera injusta. Todas y cada una de las soluciones desarrolladas por el hombre para asegurar el buen comportamiento de la madera en construcción, de acuerdo a la experiencia, arrojan los mejores resultados y por eso desconocer las ventajas del material parece insensato. El nort norte e apun apunta ta ento entonc nces es a expl explor orar ar posi posibi bilid lidad ades es y camb cambia iarr la ópti óptica ca para para aprovechar realmente el recurso. La madera ha sido usada permanentemente en la construcción a lo largo de la historia de la humanidad, ya sea como materia prima principal en la edificación o como material para acabados, su belleza y funcionalidad son irremplazables
LA MADERA La madera proviene de los árboles. Este es el hecho más importante a tener presente para entender su naturaleza. El origen de las cualidades o defectos que posee pueden determinarse a partir del árbol de donde proviene. La madera tiene una compleja estructura natural, diseñada para servir a las necesidades funcionales de un árbol en vida, más que ser un material diseñado para satisfacer necesidades de carpinteros. El conoc conocimie imiento nto sobre sobre la natura naturalez leza a de la madera madera,, caract caracterí erísti sticas cas y comportamiento, es necesario para establecer y efectuar un buen uso de este material. La madera es uno de los elementos constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado para la construcción de sus viviendas y otras edificaciones. Pero para lograr un resultado excelente en su trabajabilidad hay que tener presente ciertos aspectos relacionados con la forma de corte, curado y secado. En este aspecto radica la importancia de que exista información adecuada y estructurada a los actuales requerimientos, ya que permite a los profesionales que intervienen en el diseño, cálculo y ejecución de construcciones en madera, realizar una acertada gestión y correcta utilización del material, con el objeto de cumplir altos estándares de calidad y bienestar, a precios convenientes en el mercado de la vivienda.
PROPIEDADES FÍSICAS. Las Las propie propiedad dades es princi principal pales es de la madera madera son resist resistenc encia, ia, dureza dureza,, rigidez y densidad. Ésta última suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La resistencia
englob engloba a varias varias propie propiedad dades es difere diferente ntes; s; una madera madera muy resist resistent ente e en un aspecto no tiene por qué serlo en otros. Además la resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; por eso las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan así. La madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos superior, con relación a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a la tracción y moderada resistencia a la cizalladura.
PROPIEDADES MECÁNICAS MECÁNICAS DE LA MADERA
Cuando hablamos de las propiedades mecánicas de la madera, tenemos que hacer hincapié en su constitución anatómica. La madera es un material anisótropo formado por tubos huecos con una estructura ideal para resistir tensiones paralelas a la fibra. La madera tiene una muy elevada resistencia a la flexión. La relación resistencia/peso propio es 1.3 veces superior al acero y 10 veces superior al hormigón. La resistencia a la tracción y compresión paralelas a la fibra es buena en la madera. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela a la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular.
FLEXIÓN
TRACCIÓN
COMP
PARAL RALELA
PERPÈND.
PARAL RALELA
PERPPEN
1,5
110
28
CORTAN
MÓDULO
TE
ELASTICIDAD
12
110000
Madera
120
120
Hormigón
80
6
80
6
20 200000
Acero
1700
1700
1700
1000
2100000
DE
Elasticidad – Deformabilidad de la madera, bajo cargas pequeñas, la made madera ra se defo deform rma a de acue cuerdo rdo con la ley ley de Hook Hooke e, o sea, que las las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura. Este módulo dependerá de la clase de madera, del contenido de humedad, del tipo y naturaleza de las acciones, de la dirección de aplicación de los esfuerzos y de la duración de los mismos. El valor del módulo de elasticidad E en el sentido transversal
ALGUNOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN A LA L A MADERA Los ensayos se realizan en dos estados de contenido de humedad, uno con probetas de humedad superior al 30% (estado verde), y el segundo con probetas de humedad 12% (estado seco al aire).
COMPRESIÓN PARALELA A LAS FIBRAS Es la resistencia de la madera a una carga en dirección paralela a las fibras, la que se realiza en columnas cortas para determinar la tensión de rotura, tensión en el límite de proporcionalidad y módulo de elasticidad.
Esquema de ensayo de compresión paralela a las fibras
COMPRESIÓN NORMAL A LAS FIBRAS Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una cara radial, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad y tensión máxima. Esquema de ensayo de compresión normal a las fibras. fi bras.
FLEXIÓN ESTÁTICA Es la resistencia de la viga a una carga puntual, aplicada en el centro de la luz, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad, tensión de rotura y el módulo de elasticidad.
Esquema de ensayo de la flexión estática
ESTRUCTURA DE MADERA
Las Las estruc estructur turas as de entram entramado adoss de madera madera están están confor conformad madas as por elementos de madera entrelazados entre sí. Su armado requiere el cuidadoso ensamble de piezas de madera en ángulos de lo más diversos. En la mayoría de los casos la resolución adecuada de estas uniones caracteriza la calidad de la cons constru trucc cció ión. n. Cada Cada form forma a de unió unión n corre corresp spon onde de a ciert ciertas as exig exigen enci cias as específicas. Se pueden diferenciar las uniones a nivel del entrepiso; de la cubierta, con las fundaciones, con los elementos arriostrantes, etc. En muchos casos la buena resolución del encuentro entre piezas da un sello propio a la estructura. En la mueblería generalmente las uniones se resuelven ensamblando madera con madera, utilizando colas para fijarlas entre sí. En la construcción esto sólo es posible en uniones que transmiten esfuerzos a la compresión. Debemos aclarar que el concepto de construcción en madera sin herrajes y casi artesanal, no es incorrecto, pero desde el punto de vista estructural, no hay comparación con la solidez y seguridad que brindan los herra herraje jess bien bien dise diseña ñado doss y corr correc ecta tame ment nte e ejec ejecut utad ados os.. La mayo mayorí ría a de las las uniones uniones estructura estructurales les deben ser resueltas resueltas empleando empleando herrajes herrajes metálicos metálicos o conectores especiales. Según la relación de esfuerzos entre las piezas deberá elegir elegirse se el sistem sistema a más adecua adecuado do,, cuida cuidando ndo que que las dimens dimension iones es de los eleme elemento ntoss de transm transmisió isión, n, genera generalme lmente nte metálic metálicos, os, estén estén en una relaci relación ón adec adecua uada da a la secc secció ión n de los los elem elemen ento toss de made madera ra.. En much muchos os caso casos, s, especialmente en el sistema de columna y viga, estas uniones quedan a la vista y van formando parte del espacio construido. Estos elementos no pasan desapercibidos; además de resolver un problema técnico deben ser pensados como un elemento más del diseño arquitectónico o como detalle decorativo.
ENTRAMADOS ENTRAMADOS DE MADERA Se llama entramado a la disposición de piezas estructurales de madera que se combinan en diversas posiciones formando una trama. Los Los entr entram amad ados os de made madera ra,, cons constititu tuye yen n una una técn técnic ica a de uso uso muy muy frecu frecuen ente te y exte extend ndid ido o que que perm permitite e alige aligera rarr las las fábr fábric icas as de los los edif edific icios ios,, especialmente en aquellas plantas que su situación y características lo hacen
posible. Con el empleo de la madera se puede apoyar en la cimentación, moti motivo vo que que hace hace de éste éste proc proces eso o una una caus causa a simp simple le y econ económ ómic icam amen ente te rentab rentable. le. Las casas casas con una planta planta baja de mampost mamposterí ería a o tapial tapial y otra otra entramada, con cerramientos de piedra, ladrillo u hormigón, son comúnmente resueltas con este tipo de estructuras. Solución que se encuentra en un amplio porcentaje de los edificios populares de países en vías de desarrollo, o de bajos recursos generalmente. La madera sin embargo tiene la desventaja que es muy vulnerable a los efectos del agua o el fuego, es difícil de cuidar si se habla de diseño, sea en interiores o exteriores.
Tipos de entramado:
Entramado horizontales Entramado Verticales
Entramado Horizontales:
Entramado horizontal sobre una fundación aislada, conformado por un conjunto de vigas (principales y secundarias) dispuestas en forma ortogonal.
Estas estructuras reciben las cargas conformadas por el peso propio de los materiales que lo constituyen, las sobrecargas permanentes y de uso, y los esfuerzos laterales como vientos y sismos. Todas ellas son transmitidas al terreno a través de las fundaciones continuas o aisladas o a los tabiques sopo soporta rtant ntes es que que las las tran transm smite iten n a su vez vez al piso piso infe inferi rior or (pla (plata tafo form rma a de entrepiso). Además del piso y entrepiso, otro entramado horizontal lo constituye el cielo, que recibe las cargas del peso propio de los materiales que lo conforman y su solución de revestimiento.
Capacidad de transmisión de los esfuerzos laterales:
Los entramados horizontales absorben las cargas permanentes, variables y las fuerzas laterales transmitiéndolas a las estructuras soportantes
tales como: tabiques, vigas principales, pilares y finalmente al terreno; en este caso, a través de la solución de fundaciones aisladas.
Los entramados horizontales se pueden clasificar según: • Función • Capacidad de transmisión de los esfuerzos laterales
Según su función: 1. Entramados de piso: Plataforma de madera que absorbe las cargas del peso propio y de uso (permanente y transitorio), transmitiéndolas a la l a fundación (aislada o continua).
2. Entramado de entrepiso: Plataforma de madera del segundo nivel que absorbe las cargas del peso propio y de uso (permanente y transitorio), transmitiéndolas a los tabiques de paredes soportantes, vigas maestras o dinteles.
3. Entramado de cielo: Estructura que absorbe las cargas de su peso propio y de la solución del cielo, transmitiéndola a los tabiques soportantes. Cada una de estas estructuras estructuras tiene su propio diseño específico específico según cálculo, con las dimensiones y escuadrías correspondientes.
Según capacidad de transmisión:
1. Entramados flexibles: Tienen la característica de adaptarse a la estructura soportante, pero no en la recepción de esfuerzos horizontales. En el caso de zonas de vientos y/o sismos, la estructura soportante vertical debe estar diseñada para resistir todas las solicitaciones estáticas y esfuerzos dinámicos, incluyendo los que aporten los entramados horizontales con sus sobrecargas. Esta última razón, requiere una distribución acuciosa de los tabiques soportantes y resistentes a las acciones horizontales, exigiendo en la mayoría de las soluciones un aumento en el número de tabiques soportantes, con sistemas de unión flexible con los entramados horizontales, lo que limita la mayoría de las veces el proyecto de arquitectura.
2. Entramados semi-rígidos: El entramado está diseñado para colaborar con las demás estructuras, y conformado por una placa rígida que transmite los esfuerzos horizontales a los tabiques soportantes, pilares y columnas que conforman pórticos. Este tipo de entramados semi-rígidos son los que se usan generalmente en las viviendas viviendas de estructuras estructuras de madera madera de luces menores, a diferencia diferencia del entramado rígido que se logra a través de una losa de hormigón armado.
COMPONENTES DE UN ENTRAMADO SEMI RÍGIDO Los elementos estructurales que conforman un entramado de piso y entrepiso son: • Vigas • Cadenetas o crucetas • Riostras
Vigas:
Elementos estructurales lineales (horizontales o inclinados), que salvan luces y que son solicitados por reacciones tales como: peso propio, sobrecargas de uso, viento, y montaje, entre otros. Trabajan principalmente en flexión y corte. Un conjunto de vigas es lo que conforma básicamente la plataforma de piso o entrepiso.
Vigas que conforman el entramado de entrepiso.
Vigas que conforman el entramado de piso en fundación aislada sobre pilotes de madera.
Cadenetas: Elementos que se ubican entre las vigas, permitiendo repartir las cargas y sobrecargas. Evitan las deformaciones laterales, volcamientos y posibles alabeos de las mismas. Permiten además materializar un apoyo sólido para los l os tableros orientados ortogonalmente a la dirección de las vigas. Se distinguen dos tipos de cadenetas: a) Cadenetas propiamente tales b) Crucetas
Cadenetas propiamente tales Elementos rectos de similares secciones a las vigas, que se disponen en forma ortogonal a éstas.
Cadenetas propiamente tales
Crucetas: Elementos rectos que se disponen en forma diagonal entre las vigas y que desempeñan la misma función de las cadenetas. Ofrecen la ventaja de mantener ventiladas las vigas y la trascara de bases y revestimientos de piso.
Crucetas (Cruz de San Andrés)
SISTEMAS ARRIOSTRANTES ARRIOSTRANTES Conjunto de elementos que colaboran en la rigidización de la estructura de la plataforma; pueden ser de diferentes formas y materiales. Las riostras que se pueden usar son: • Riostras con piezas de madera • Tableros estructurales
Riostras con piezas de madera: Piezas diagonales de dimensiones similares a la sección de las vigas, dispuestas entre éstas y las cadenetas. Para su colocación, una vez afianzadas las cadenetas es conveniente realizarla desde arriba, o sea, desde el borde superior, enfrentando las diagonales contiguas.
Las diagonales se ubican en la plataforma, de preferencia en el perímetro, permitiendo asegurar una buena transmisión de l as acciones horizontales.
Sistemas arriostrantes con tableros estructurales: Este
sistema
para
arriostrar
entramados
se
está
aplicando
mayoritariamente, dado que ofrece una serie de ventajas comparativas, fundamentalmente por la facilidad y rapidez de ejecución, con respecto a las soluci solucione oness anteri anteriore ores. s. El uso de herram herramien ientas tas como como martil martillo lo neumát neumático ico y taladro con extensión para atornillar resulta de gran efectividad.
Instalación de los tableros como riostras y base de plataforma del primer piso en forma alternada y perpendicular a las vigas secundarias.
EMPALMES Y CONEXIONES DE LAS PIEZAS ESTRUCTURALES QUE CONFORMAN UNA PLATAFORMA DE MADERA Las uniones entre piezas que conforman una plataforma de piso o entrep entrepiso iso deben deben formar formar estruc estructur turas as sólida sólidas, s, que que al ser solicit solicitad adas as por los diferentes esfuerzos internos o externos, respondan solidariamente como un todo integrado, al igual que las uniones necesarias de estas estructuras a los entramados o elementos verticales (pilar o columna).
Empalmes de vigas La necesidad de unir dos vigas longitudinalmente, que permita alcanzar o cubrir una luz necesaria, debe ser estudiada de manera que los empalmes se produzcan en apoyos intermedios sobre tabiques u otras vigas. Estos empalmes pueden ser traslapados, de tope o ensamblados, cuyas soluciones definitivas deben ser previamente calculadas. PAGINA 188 La Construcción de Viviendas en Madera
Tipos de empalmes para vigas De traslape: Este tipo de empalme, empalme, bastante utilizado utilizado por lo simple y económico, económico, no requiere ningún elemento ni trabajo adicional de cortes o rebajes especiales en las piezas que se desean unir. Tiene el inconveniente que se produce un desplazamiento en el eje de las vigas, dando como resultado un desfase en las juntas de tableros del piso o entrepiso.
De tope: Empalme que se privilegia normalmente cuando la posición de las vigas sirv sirve, e, adem además ás de modu modula laci ción ón,, para para tabl tabler eros os de piso piso o plac placas as de ciel cielo, o, obteniendo una línea de clavado recto. En este caso el empalme requiere de elementos adicionales de madera o metálicos en la unión.
Las uniones con placas metálicas dentadas se pueden usar sólo en componentes constructivos, solicitados predominantemente por cargas estáticas. La
CONEXIONES DE VIGAS Los encuentros entre vigas (en diferentes ángulos) y con otros
elementos verticales como pilares o columnas, son los que se denominan conexiones. Estas son uniones que bajo el punto de vista estructural resultan de mucha importancia, por los esfuerzos de corte y momento torsor presentes en dichos nudos. Tradicionalmente estas conexiones se resolvieron mediante cortes a media madera, caja y/o espiga, las que fueron reemplazadas por el uso de pletinas de acero que se fabrican artesanalmente según necesidad. La nueva tecnología ha resuelto dichas uniones de manera más eficiente, con conectores de acero de distintas formas y diseños, fabricados industrialmente en concordancia con las escuadrías comerciales de la madera. Se encuentran en catálogos y se seleccionan según parámetros de cálculo. A continuación se muestran las conexiones de vigas:
Conect Conector or metáli metálico co que une viguet vigueta a de plataforma de terraza con pilar.
Conector Conector fabricad fabricado o con pletina pletina de espesor 3 a 4 mm conformado por dos piezas que se unen mediante soldadura de costur costura, a, como como se puede puede apreciar en la figura.
Conector de acero galvanizado, el cual incorpora perforaciones tanto triangulares como circulares, que permite resistir altas cargas cuando es fijado con clavos comunes.
ENTRAMADOS ENTRAMADOS CON VIGAS ESPECIALES Se pued puede e recu recurri rrirr a varia variada dass alte altern rnat ativ ivas as de viga viga,, sien siendo do las las más más comunes: • Compuestas • Laminadas • Doble T • Cajón
Vigas compuestas: Normalmente se califica una pieza de madera como viga a aquella que tiene una razón entre el ancho y alto de 1:4 a 1: 5, lo que estructuralmente resulta ser la relación recomendable. La disposición de estas piezas debe ser de canto, ya que la resistencia está dada por la inercia geométrica de la sección en la viga, logrando un mejor comportamiento estructural. Su resistencia varía linealmente con el ancho y el cuadrado de la altura. Para su fabricación, normalmente en obra se debe disponer cada pieza en forma longitudinal, desplazada en no más de 1/3 de su
largo y uniendo cada pieza lateralmente con adhesivos y clavos, dispuestos estos últimos cada 15 cm en forma alternada.
Vigas laminadas: Viga llena, rectangular, conformada por piezas de madera seca de Pino radiata, seleccionada por su resistencia y apariencia, de espesores de 19 a 30 mm, unidas por sus caras mediante adhesivo Resorcinol Fenol Formaldehído, con características estructurales para uso interior o exterior. Su mayor ventaja es no tener limitantes en el alto, ancho y largo lo que se obtiene mediante uniones dentadas (finger-joint). Los espesores que normalmente se comercializan son entre 90 y 185 mm, y las alturas de 342 a 988 mm. Las ventajas que se pueden destacar son: • Alta resistencia en relación a su peso. • Buen comportamiento en los ambientes salinos y frente a la acción de gases corrosivos. • En terminaciones a la vista, es de fácil teñido con tintes y barnices. • Por ser una madera de gran sección es muy resistente al fuego, teniendo una taza de carbonización de 0,6 mm/minuto. Esto permite ausencia de llama a los 15 ó 20 mm (por falta de oxígeno) permitiendo asegurar sus propiedades resistentes.
• Compatibilidad con otros materiales en estructuras mixtas. • Fácil montaje por ser un elemento liviano. • Bajo coeficiente de dilatación por temperatura. • Bajo costo de mantención si queda a la vista.
Viga laminada compuesta por 8 piezas (en la altura) de madera seleccionada cepillada
Vigas doble T: Las vigas doble T están están formadas formadas por un cordón superior superior y otro inferior de madera aserrada, con uniones dentadas o de madera laminada y por un alma central que proporciona la altura, elaborada por un entablado doble en diagonal, por placa de hebras orientadas (OSB) o por contrachapado fenólico. Todas estas piezas las fabrican empresas especializadas.
Vigas de cajón: Viga Vigass form formad adas as por por un cord cordón ón supe superio riorr y otro otro infe inferi rior or de made madera ra aserrada con uniones dentadas o madera laminada, con revestimientos laterales a ambos lados de madera aserrada en diagonal o también con placa de hebras orientadas OSB o contrachapado fenólico. En su interior y en los extremos se ubican montantes verticales de madera que colaboran a resistir los esfuerzos de corte y a rigidizar las tapas laterales a distancias modulares.
El material más utilizado en las vigas cajón como recubrimientos laterales es el contrachapado, por su alta resistencia
ENTRAMADOS ENTRAMADOS VERTICALES Clasificación según su ubicación: Tabiques soportantes perimetrales Son aquellos que conforman todo el perímetro exterior en forma continua y cerrada con una de sus caras expuestas a la intemperie y son parte de la estructura resistente de la vivienda.
Primer piso de una vivienda con sus muros perimetrales alzados (tabiques soportantes).
Tabiques soportantes interiores Son aquellos que están diseñados para resistir cargas en el interior de la vivienda provenientes desde niveles superiores, y al mismo tiempo, la transmisión de esfuerzos horizontales producidos por sismo o viento y son parte de la estructura resistente.
Encuentro de un tabique soportante interior con tabique soportante perimetral.
COMPONENTES DE LOS ENTRAMADOS VERTICALES Los tabiques están conformados por un conjunto de piezas que cumplen funciones específicas.
Componentes principales: Son aquellos utilizados para estructurar el elemento completo en su fase de armado o prefabricación. Las piezas principales que conforman los tabiques son:
1 Solera inferior 2 Pie derecho 3 Solera superior 4
Transv Transvers ersal al
(cadeneta) 5 Jamba 6 Dintel 7 Alféizar 8 Puntal de dintel 9 Muchacho
cortaf cortafueg uego o
Componentes secundarios: Son aquellos que permiten anclar y fijar los tabiques, tanto inferior como superiormente. Se diferencian de las piezas principales en que éstas son incorporadas a la estructura en la fase de montaje o alzado de los tabiques.
Solera de montaje Pieza horizontal de igual escuadría que la solera inferior del tabique. Se especifica cuando a la plataforma de hormigón o madera se le incorpora una sobrelosa de hormigón liviano, de 40 a 50 mm de espesor. Sobre esta pieza se alzan y anclan los tabiques que conforman la vivienda.
Solera de montaje que se ancla a la plataforma sobre la cual se alzará el tabique.
Solera de amarre Pieza horizontal de igual escuadría que las principales (también llamada sobres sobresole olera), ra), que cumple cumple la funció función n de amarra amarrarr los tabiqu tabiques es en su parte parte superior. La fijación de la solera de amarre a la solera superior se ejecuta por medio de uniones clavadas, alternadas cada 15 cm
Solera de amarre o sobresolera que une un muro perimetral con un tabique interior.
Cornijal Pieza de sección cuadrada que se utiliza en encuentros entre tabiques de tipo esquina. Las caras de estos elementos deben ser igual al ancho de piezas primarias y secundarias. La finalidad de esta pieza es aportar mayor capacidad de soporte y, al mismo tiempo, entregar una mayor superficie de clavado.
COMPONENTES ESTRUCTURALES ESTRUCTURALES DE LOS TABIQUES Los tabiques soportantes son los principales elementos de la estructura resistente de la vivienda. Sus componentes son encargados de transmitir las cargas estáticas y dinámicas que afectan la edificación. Por tal razón, debe realizarse una cuantificación del tipo y magnitud de las solicitaciones permanentes y eventuales, de modo que una vez en servicio, los tabiques soporten y cumplan con la función para la cual fueron diseñados. Para lograr este objetivo, los tabiques soportantes requieren la incorporación de piezas piezas o compo componen nentes tes arrios arriostra trante ntes, s, ya que sin ellos ellos no prese presenta ntaría rían n resistencia a la tracción o a la deformación lateral, producto de la acción de cargas dinámicas.
Tradicionalmente, dicha condición ha sido resuelta incorporando piezas inclinadas de madera (diagonales estructurales), de distinta o igual escuadría que el resto de los componentes dentro de los planos paralelos del tabique. Otra posibilidad es la utilización de tensores o arriostramientos en perfiles de acero. Las alternativas de solución son:
Diagonal estructural Pieza de madera de escuadría igual al resto de los componentes del tabique, colocada en forma diagonal (ángulo de 45° ±15°) y en corte a media madera, con respecto a los pie derecho que componen el elemento. Se debe tener presente que, por cada diagonal puesta en una dirección, debe existir otra contrapuesta en el mismo plano. La gran desventaja que presenta esta alternativa es la necesidad de incorporar al interior del tabique un mayor número de transversales cortafuego (un mínimo de dos filas de cadenetas) para evitar el pandeo lateral de la diagonal estructural ante esfuerzos horizontales.
Tableros estructurales Durante la última década, la utilización de diagonales estructurales y tensores metálicos ha sido cada vez menor, a raíz de la incorporación de tableros contrachapados (terciados) y tableros de hebras orientadas (OSB, Oriented Strand Board), como principal componente arriostrante de tabiques soportantes en estructuras de madera. Estos presentan una serie de ventajas con respecto de las soluciones descritas, ya que como resultado se obtiene: • Mayor eficacia estructural. • Mayor rendimiento y economía en la fabricación. • Una vez armado, el muro no presenta piezas mecánicamente debilitadas por unio unione ness de cort corte e a medi media a made madera ra entr entre e los los pie pie dere dereccho y la diag diagon onal al estructural. • Los muros arriostrados con este tipo de tableros han demostrado un mejor comportamiento al sismo.
• Potencia el diseño de arquitectura, tanto en la proyección de superficies, como en vanos de puertas y ventanas. • Al no utilizar diagonales estructurales, se requiere la incorporación de sólo una fila central o intermedia de transversales cortafuego. • Se requiere un menor volumen de madera incorporada al tabique. • Se realiza un menor número de cortes de piezas y clavado de nudos por unidad de superficie. • Se logra una mayor eficiencia en la utilización de horas hombre durante la fabricación.
TECHOS DE MADERA Se entiende por techo toda estructura de una edificación ubicada sobre el cielo del último piso, cuya función es recibir un recubrimiento para aislar a la vivienda del medio ambiente, protegiéndola del frío, calor, viento, lluvia. Al analizar el techo, se debe distinguir dos áreas: una vinculada a la arquitectura (aguas o vertientes y encuentros de techos) y otra a la estructuración (tijeral). Las aguas son superficies planas e inclinadas, encargadas de recibir la lluvia
Los encuentros de techos también quedarán definidos por el diseño de planta del primer y segundo nivel de la vivienda, dando origen a una diversidad de formas, siendo las más utilizadas las rectangulares H, L, T o U. Rectangular
Encuentro en H
Encuentro en L
Encuentro en T
SOLUCIÓN DE LA ESTRUCTURA DE MADERA M ADERA CON CERCHAS
Esta solución entrega una estructura cuya unidad planimétrica básica es el triángulo (figura geométrica indeformable), que en una o múltiples combinaciones conformará la cercha. 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 está limit limitad ado o por por el larg largo o de las las piez piezas as come comerc rcia iale les, s, pues puesto to que que exis existe ten n sistemas de unión que permiten conformar elementos de dimensiones mayores. Su uso en viviendas evita sobrecargar la estructura de los pisos inferiores, y la necesidad de tabiques estructurales interiores.
Tipos de cerchas y su clasificación Existen distintos tipos de cerchas, pudiendo clasificarse por su forma, distribución de las piezas interiores, sección, materiales que la conforman y por el tipo de unión a emplear. A continuación se describen los tipos de cerchas, analizando el ejemplo más representativo en cada caso.
a) Por forma: se refiere a la figura geométrica que representan los elementos envolventes, existiendo, las de forma triangular, trapezoidal y parabólica, entre otras. • Triangular: Es la más utilizada y permite salvar todo tipo de luces. Normalmente está constituida por elementos aserrados, pero en luces mayores se hace recomendable emplear elementos laminados, en especial para los pares, evitando tener que solucionar con herrajes especiales los empalmes de tope en piezas. Su pendiente va generalmente entre los 12º a 45º. Si tiene una pendiente mayor genera gran altura interior de difícil aprovechamiento, se aumenta la tendencia al volcamiento y se deben aumentar las secciones de las piezas que trabajen a la compresión para evitar el pandeo. El tener una fuerte pendiente (30° a 60° con respecto a un plano horizontal), permite un escurrimiento rápido de las aguas lluvias y/o nieve, apropiado para climas lluviosos. • Tijer Tijera: a: Se cara caract cter eriz iza a por por tene tenerr tant tanto o su cord cordón ón infe inferio riorr como como supe superi rior or inclinados, fluctuando el ángulo del par superior entre los 15º y 35º. La ventaja de este tipo de estructura es que se logra una mayor altura en la parte central del espacio que cubre. • Rectangular: Generalmente se le conoce con el nombre de viga armada o de celosía. Puede salvar luces desde los 7 hasta los 30 m. Se emplea como estructura de techos, entrepiso y arriostramiento longitudinal. l ongitudinal. • Curva: Esta cercha debe su nombre a que el cordón superior es curvo, característica que estáticamente las hace muy adecuadas en caso de cargas uniformemente repartidas, ya que las cargas inducen esfuerzos pequeños en las barras. Su uso se justifica a partir de luces de 20 m, pudiendo llegar a salvar luces superiores a 60 m si se usa madera laminada
Triangular
Tijera
Rectangular
Trapezoidal
Parabólica
Curva
Diente de sierra
b) Por distribución de las piezas: están asociadas a nombres particulares como cercha Howe, Pratt, Warren, Fink, entre otras. • 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
howe
Pratt: 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.
Pratt
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°.
Fink
c) Por sus secciones: se hace referencia a la posibilidad de duplicar o triplicar los pares, pendolones, diagonales o montantes. • Simple: 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.
Cercha simple • Compuesta: 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.
Cercha compuesta condiagonales dobles
Cercha compuesta con pares y tirantes dobles
ESCALERAS DE MADERA
La escalera de una vivienda, en general, es la estructura utilizada para comunicar sus distintos niveles, conformada principalmente por una serie de escalones dispuestos en un plano inclinado, diseñados y estructurados convenientemente para dicho fin.
COMPONENTES QUE CONFORMAN UNA ESCALERA DE MADERA
Vista isométrica de los componentes de una escalera de madera. Se estructuran en base a los siguientes componentes básicos:
Escalón o peldaño Corresponde a cada uno de los sub-niveles o gradas que conforman la escale escalera, ra, los cuales cuales permit permiten en accede accederr a uno
o más recintos recintos en un nivel
superior o inferior de la vivienda.
Contrahuella Componente vertical de cada peldaño o escalón, corresponde a la altura neta entre dos huellas sucesivas. Al igual que la huella, puede ser especificado utilizando como componente de terminación algunos de los materiales ante anterio riorm rmen ente te desc descri rito tos, s, o la otra otra alter alterna nativ tiva a es que que no se mate materia rialic lice e la contrahuella, dejando el espacio libre.
Limón También llamado larguero o zanca, corresponde a una o más vigas estructurales, en las cuales se apoyan las huellas y contrahuellas de la escala.
Limón a zanca abierta También se le denomina limón, travesaño o zanca a la inglesa. En este caso, los bordes de huellas y contrahuellas se apoyan por encima de la viga que conforma el limón. Este tipo de limón puede fabricarse en piezas de madera aserrada seca o cepillada de 2” x 8” ó 2” x 10”. También pueden utilizarse, en algunos casos, vigas de madera laminada encolada, especialmente cuando por requerimientos estructurales o estéticos, debe aumentarse la sección del elemento a dimensiones mayores de espesor y ancho.
Limón a zanca cerrada También se denomina zanca a la francesa. Corresponde al caso en que huella y contrahuella se fijan en forma lateral a las zancas. Cuando las gradas de la escalera se apoyan lateralmente a los limones, es decir, en las paredes internas, pueden emplearse soportes metálicos en ángulo, especialmente diseñados para este tipo de fijación, y al mismo tiempo realizar un rebaje acanalado por la cara interna (no a la vista) de los largueros.
Huella en zanca cerrada con rebaje acanalado
Huella en zanca cerrada con apoyo lateral
Esquema general de la estruc estructur turaci ación ón de una escalera en la cual se incluyen los componentes auxiliares en los tabiques para la fijación de las zancas y posteriormente los revestimientos.
PUENTES DE MADERA
Los puentes de madera son más fáciles y más rápidos de construir que los de piedra, y han resultado siempre más económicos; por ello, los primeros que construyó el hombre fueron de madera, y a lo largo de la Historia se han construido innumerables puentes de este material, muchos más que de piedra.
Los puentes de madera han planteado siempre problemas de durabilidad y por ello se han considerado siempre de una categoría inferior que los de piedra; generalmente se les ha dado carácter de obra provisional; se aspiraba aspiraba a sustituirlos por uno de piedra en cuanto hubiera dinero para ello. Los dos problemas básicos de durabilidad de los puentes de madera son los siguientes: a) En primer lugar el propio material, que se deteriora con el paso del tiempo si no se cuida especialmente. b) En segundo lugar su vulnerabilidad al efecto de las avenidas de los ríos. Cada avenida extraordinaria se llevaba muchos puentes de madera, y por ello siempre ha habido una clara consciencia de su debilidad frente a las acciones destructivas del propio río. Los puentes de madera fueron los primeros que se utilizaron, aunque de ellos, como de todas las primeras construcciones de este material, no queda rastro. Un tronco sobre el río se puede considerar un puente frontera entre lo natural y lo artificial. En unos casos puede ser natural, porque un árbol, al caerse, puede quedar sobre el río; en otros los tendió el hombre para poder pasar sobre él, lo que probablemente aprendió al ver los que había tendido la naturaleza. Del tronco aislado, se pasó al tablero de varios troncos adosados; es el puente de vigas simplemente apoyadas. Posteriormente se hicieron pórticos de jabalcones, arcos de madera, y vigas trianguladas. Hoy en día se siguen construyendo
pasarelas
de
madera,
aunque
solamente
en
casos
excepcionales, porque resultan más caras que las metálicas o las de hormigón que son los materiales que se utilizan normalmente hoy en día para hacer puentes. De los puentes históricos de madera quedan muy pocos en pie; salvo en determinadas regiones, como pueden ser los Alpes, se consideraban de segunda clase. El puente por excelencia era el de piedra; el de madera ha sido siempre muy vulnerable a causa de los incendios, incendios, de su su degradación degradación y de de las avenidas de los ríos. Sin embargo, hasta muy avanzado el siglo XIX que se
impusieron los puentes metálicos, la mayoría de los puentes eran de madera. Muchos de ellos se construían con idea de provisionalidad, se trataba de sustituirlos por puentes de piedra en cuanto era posible. El puente Emilio sobre el Tíber en Roma, fue primero de madera y luego de piedra. Con arcos de madera, llegaron los hermanos Grubenmann en el s. XVIII a una luz de 67 m en el puente de Reichenau, y a principios del s. XIX se construyeron tres puentes de más de 100 m de luz, el mayor de ellos fue el de Mc Calss Ferry sobre el río Susquehanna de 110. Este puente fue el de mayor luz del mundo hasta que lo superó en 1820 el Union Bri dge, un puente colgante de 137 m de luz. Vigas trianguladas de madera se hicieron muchas en los primer primeros os puente puentess de ferroc ferrocarri arril,l, poster posteriorm iormen ente te vigas vigas mixtas mixtas de madera madera y hierro, y a mediados del s. XIX prácticamente desaparecieron.
Puentes de madera
Puentes vehiculares
La tipología constructiva suele ser sencilla y su uso restringido debido a las grandes secciones que se precisan en las vigas principales. • La estructura principal está formada por vigas rectas biapoyadas, de sección cons consta tant nte e y su núme número ro depe depend nder erá á de la anc anchura hura del del tabl tabler ero o y de las las sobrecargas requeridas por cada proyecto. • Los elementos estructurales secundarios serán viguetas transversales arrios arriostra tradas das con con otras otras dispue dispuesta stass en diagon diagonal. al. Sobre Sobre éstas, éstas, se dispon disponen en correas longitudinales soportarán el entablado del suelo.
Pasarelas peatonales, hasta 10 metros de luz.
Estructuras resueltas con vigas rectas
Estructuras resueltas con vigas curvas
•
Son resueltas habitualmente con vigas laminadas rectas o curvas.
•
La estructura la forman las propias vigas y un entramado de montantes y diagonales que funcionan como viga celosía a cortaviento en el plano horizontal.
•
El entablado del suelo esta formado por tarima ranurada.
Pasarelas peatonales, entre 10 y 20 metros de luz.
Estructuras resueltas con vigas rectas
Estructuras resueltas con arcos triarticulados.
Estructuras resueltas con vigas curvas
Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados.
Estructuras resueltas con vigas celosía.
•
Las vigas laminadas principales suelen ser rectas, curvas o arcos, pudiendo
aparecer estructuras con arcos portantes (en las que el tablero deja de ser un elemento resistente, transmitiendo esfuerzos por medio de tirantes a los arcos) o incluso celosías. • La estructura interna se resuelve también con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo. • La tipología de los herrajes varía en función función del tipo de apoyo apoyo o articulación contemplado en el cálculo.
Pasarelas peatonales, entre 20 y 40 metros de luz.
Estructuras Estructuras resueltas resueltas con arcos portantes portantes biapoyado biapoyadoss y pilares de madera.
Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados y péndolas métálicas.
Estructura Estructurass resueltas resueltas con arcos arcos portantes portantes inclinados inclinados triarticulados y péndolas metálicas.
•
En grandes luces se utilizan como tipología fundamental arcos portantes a los
que se fijan tirantes de madera o péndolas metálicas metálicas transmitiendo a éstos éstos las cargas del tablero. • Con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo resolvemos el resto de la pasarela. Los herrajes de apoyo suelen ser articulaciones. • Dadas las dimensiones dimensiones totales que dificultan el transporte y la colocación colocación en obra es frecuente realizar enlaces enlaces rígidos o articulados en en las vigas del tablero y los arcos.
CONCLUSION:
La madera es, uno de los elementos constructivos más importantes, más utilizados y económicos dentro de la construcción. Conforman parte importante de la arquitectura antigua, desde catedrales, hasta vigas de madera en los techos de haciendas. En los países desarrollados como España las construcciones de madera avanzan lentamente gracias a las nuevas tecnologías de tratamiento de la madera.
Limitada por una serie de prejuicios, la arquitectura en madera todavía está poco desarrollada. Pese a lo que dicen sus detractores, se trata de un material muy seguro que casi no requiere mantenimiento. Las estructuras de madera son mucho más resistentes al fuego que las de acero. Y existe una gran
cantidad
de tratamientos que
impiden
que
se
biodegraden.
La madera también destaca por ser ecológica y por su calidad expresiva. Además es muy gratificante para los sentidos: su aroma es agradable, su textura se aprecia a nivel del tacto y visualmente, aporta calidez. Hasta Hasta el momento no se entiende entiende la durabilida durabilidad d y calidad de la madera es aún cuesti cuestiona onable ble,, ya que siempr siempre e han han exist existido ido eleme elemento ntoss de madera madera.. Cualquier vivienda de más de 80 años tendrá vigas y pies de madera.
BIBLIOGRAFIA - Corporación chilena de la madera. Manual La Construcción de viviendas en madera - Díaz, M. (2009). Aplicaciones del uso de la madera. Esmader Galicia
