Elementos

Estructurales

de Madera

Instituto Universitario

Politécnico “Santiago Mariño”

Realizado por:

María V. Chiarello B.

Elementos Estructurales-Fundaciones -Columnas

-Vigas

-Cerchas

-Entrepisos -Techos

Fund

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dera Una característica saliente de las

viviendas de madera es el bajo peso de su estructura, comparado con los sistemas constructivos tradicionales, por lo que los esfuerzos transmitidos al suelo son bastante menores. Esto facilita el uso de Fundaciones Superficiales, ya que normalmente los estratos superiores del terreno son capaces de soportar las cargas de la estructura. Si así no ocurriera se deberá recurrir a Fundaciones Profundas, particularmente pilotes.

Fundaciones Superficiales Continuas

Se extienden a lo largo de los muros y constan al menos de dos elementos:1) Cimiento: prisma formado por la excavación del pozo de

caras paralelas con un ancho y una altura según cálculos. Los cimientos reciben las cargas de la vivienda y las transmiten al terreno.

2) Sobrecimiento: prisma ubicado sobre el cimiento de ancho igual o mayor al del mura, recibe, ancla y aísla a los muros portantes, siendo el nexo entre estos y los cimientos.

Fundaciones Superficiales Continuas: Zapatas

Elemento estructural ubicado bajo el cimiento. Es requerido cuando la capacidad de carga del terreno es insuficiente. Evitan tener que ensanchar todo el cimiento para lograr distribuir las tensiones e el terreo y tener la capacidad portante necesaria.

Fundaciones Superficiales Aisladas

Pueden ser materializadas mediante pilotes cortos de hormigón armado o de madera (excavación mínima de 40x40x80cm). Transmiten la carga básicamente por compresión a través de la punta. Son utilizadas en terrenos de buena resistencia pero ¨difíciles”.

Fundaciones Superficiales Continuas

Cuando los estratos superficiales del suelo no tienen capacidad portante suficiente, la fundación debe profundizarse para transferir la carga por compresión a estratos profundos y transferir la carga por fricción entre el cimiento y el terreno. Esta fundación se realiza por medio de pilotes cilíndricos o prismáticos de madera, hormigón o metal hincados en el suelo. Sobre los pilotes se apoyarán los encadenados de vigas maestras de madera, según corresponda.

Colu

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ra Las columnas son elementos donde las cargas principales actúan paralelas al eje del elemento, y por lo tanto trabaja principalmente a compresión,, aunque también trabajan a flexión combinada (flexo-compresión); cuya longitud es varias veces mayor que su dimensión lateral más pequeña. El esfuerzo de compresión es muy peligroso en este tipo de elemento estructural, por la presencia de pandeo, que es una falla por inestabilidad.

Diseño de Columnas Para Compresión Axial:1. Definir las bases de cálculo.a) Grupo estructural de la madera a utilizar.b) Cargas a considerarse en el diseño.c) Condiciones de apoyo, y factor de longitud afectiva.2. Determinar efectos máximos.3. Establecer los esfuerzos admisibles, módulo de

elasticidad.4. Asumir una escuadría, y extraer sus propiedades

geométricas.5. Calcular la esbeltez para cada dirección.6. Calcular la carga admisible, y compararla con la carga

solicitante.

Para Flexo-Compresión:7. Se determina de la misma manera que para las

anteriores, y se anexa los siguientes pasos.8. Determinar la carga crítica de Euler.9. Calcular el factor de amplificación de momentos Km.10.Verificar que la ecuación general de elementos a flexo-

compresión sea satisfecha, que de un valor < a 1.

Viga

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Una viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a flexión. Por lo común, los apoyos de las vigas se encuentran en los extremos o cerca de ellos y las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan reacciones.

Diseño de Vigas El tablero de madera tensada descansa sobre vigas transversales. Estas vigas son la encargadas de recibir las cargas permanentes y móviles provenientes del tablero y trasversales depende de la resistencia y rigidez del tablero, y de la carga de diseño.

Cargas permanentes sobre Vigas Transversales Las cargas permanentes provienen del tablero y se transfieren a las vigas transversales. A continuación se describen las cargas actuales: Carga por peso propio, Qpp: El peso propio se calcula según la ecuación siguiente:

Qpp= Ytrans’ A

Donde: Ytrans= peso específico del material de la viga

transversal.A= área de la viga transversal del perfil.

Cerc

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La cercha es una composición de barras rectas unidas entre si en sus extremos para construir una armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en un plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominas nodos; en consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte.

Diseño de Cerchas Una vez resuelta la cercha, se precede a obtener las dimensiones de los elementos, siguiendo un diseño de tracción o compresión:

Diseño por Tracción: Ciertos miembros de la cercha esta sometidos a fuerzas axiales de tracción y la sección transversal puede tener varias formas, ya que para cualquier material, el único factor que determina la resistencia es el área transversal. Consiste en seleccionar un elemento con área transversal suficiente para que la carga factorizada “Pu” no exceda la resistencia de diseño. En general es un procedimiento directo y las secciones típicas están formadas por perfiles y perfiles combinados más placas, donde el ángulo más común es el doble.

Diseño de CerchasDiseño por Compresión: El procedimiento general de diseño a compresión es de tanteos, donde se supone un perfil y luego se comprueba la resistencia del perfil. Si la resistencia es muy pequeña o demasiadao grande, deberá hacerse otro tanteo. Un enfoque sistemático par ahacer la selección de tanteo es la sigue:1. Seleccionar un perfil de tanteo.2. Calcular para el perfil de tanteo.3. Revisar el perfil de tanteo con la fórmula de interacción ,si la

resistencia de diseño es muy cercana a la carga se tiene la solución

De otra manera, se repite todo el procedimiento.

Entre

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Cuando nos toca realizar un entrepiso, la madera es un material tradicionalmente aceptado. Parecen ser una solución ideal para realizar entrepisos en construcciones ya terminadas y con personas viviendo en ellas. Su rapidez y limpieza de montaje la hacen ideal para esos usos. Las funciones que debe cumplir un entrepiso son la estructural –como requisito básico de cualquier construcción, independientemente de su materialidad– y la estética. Además, debe cumplimentar requisitos de aislación acústica, de manera que los sonidos de las pisadas o los ruidos generados al mover objetos no se transmitan, o lo hagan lo menos posible, hacia el ambiente inferior. Si el entrepiso fuera un techo, se agregan requerimientos de aislación térmica e hidrófuga.

Diseño de Entrepisos La resistencia estructural, como claro está, es la condición principal que debe cumplir un entrepiso. Cuando los mismos se materializan en seco, tanto en madera como en acero, presentan estructuras que se caracterizan por estar armadas en una sola dirección, es decir, que conducen las cargas generadas por su propio peso y el de los objetos que sobre él se apoyan en un solo sentido. Esta es una de las diferencias principales respecto de una superficie horizontal de hormigón, que en muchos casos conducen las cargas en dos direcciones diferentes en el mismo plano.  En función de la escala de los espacios a cubrir y de las cargas generadas, estas estructuras horizontales se pueden armar en dos o más planos de vigas. Cada plano de vigas apoya sobre el inferior en forma normal al mismo, y así se obtienen planos de vigas principales, secundarias, terciarias.

Diseño de Entrepisos Cuando el entrepiso posee más de un plano de vigas, el plano secundario puede apoyar sobre el plano primario o directamente sujetarse a un mismo nivel mediante uniones metálicas, reduciendo así la altura del mismo. Por ejemplo, en un entrepiso con tres planos de vigas realizado en la costa bonaerense, las vigas principales se realizaron con madera laminada encolada de 6 por 18 pulgadas y 9,5 metros de longitud. Sobre ellas se fijan las vigas secundarias de 4 por 12”, también de madera laminada encolada. Finalmente, un tercer plano de vigas materializa la superficie de apoyo. Estas últimas se fijan sobre las vigas secundarias. La separación de las vigas que conforman el plano final usualmente se colocan entre los 40 a 60 cm de separación dependiendo del proyecto o del tipo de solado. Una vez conformada la estructura de soporte del entrepiso, se realiza la superficie de apoyo para la cual hay diferentes alternativas que pueden ser machimbre, placas de multilaminado o incluso placas cementicias.

Tech

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La función principal de un techo es la de proteger la edificación de los factores climáticos, como la lluvia, el sol o el viento. Entre las características principales de los techos se mencionan las siguientes: durabilidad, aislamiento de calor, impermeabilidad. Un techo durable bien diseñado puede compensar una gran cantidad de problemas que podrían surgir en otras partes de la edificación. Una edificación se proyecta como un sistema global, ya sea desde la perspectiva arquitectónica o estructural. En este sentido una edificación se diseña desde el sistema total hasta llegar a establecer el diseño y funcionamiento de aspectos locales. Específicamente, el diseño estructural de la edificación se puede establecer como un sistema estructural total, en el cual se puede identificar tres subsistemas principales: cimentaciones, elementos verticales resistentes, elementos horizontales resistentes.

Diseño de Techos Las estructuras que utilizan elementos de madera para soportar las cargas generadas por las cubiertas y por sí mismas. Hay una variedad de formas y de tipos de madera que son utilizados para la elaboración de estas estructuras. En la siguiente figura los elementos utilizados son secciones de madera comunes en el ámbito local (6”x3”, 3”x3¨, etc.), aunque en ocasiones se observa secciones especiales.

Los tipos de elementos son secundarios, primarios y arriostramientos, que en ocasiones ayuda a incrementar la rigidez del techo.

Diseño Arquitectónico de

Vivienda Unifamiliar-Vivienda de dos niveles

-Tres habitaciones (2 con baño)

-Espacios de Servicio. -95 m2

Planta Baja

Planta Alta