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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL REGIÓN XALAPA
“ARMADURAS PARA TECHO Y CUBIERTAS “
MONOGRAFIA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
PRESENTA Germain Ramírez Guzmán
DIRECTOR Ing. Alfredo Godinez Velazquez
Xalapa Enríquez Veracruz.
Universidad Veracruzana
Fa
PASANTE DE LA CARRERA DE
INGENIERIA CIVIL
En relación a su solicitud relativa m e es grato informarle el tem a propuesto po r el ING.
GUILLERMO HERNANDEZ VIVEROS, ING. ADRIANA HERNANDEZ CERVANTES para el desarrollo de l
Trabajo Recepcional en la modalidad de MONOGRAFIA, co n
el siguiente tema:
ARMADURAS PAR A TECHO Y
CUBIERTAS"
Cuyo contenido es :
ARMADURAS
TIPOS DE MATERIALES
CAPÍTULO III CONEXIONES
CAPÍTULO IV CUBIERTAS
Calle de la Pérgola s/n Lomas del Estadio Xalapa,
00 ext.
11756
Ha sido avalado po r sus sinodales, n o existiendo ningún impedimento para su digitalización.
Fax: 8 42 27 47
Ruego a usted tomar debida
not a de qu e en
cumplimiento de lo
especificado po r la le y
de profesiones, deberá
presentar Servicio Social
durante 48 0 horas
com o requisito para
sustentar el examen
profesional. ACREDITADOS POR:
ATENTAMENTE
DE ABRIL DE 201 3
EDUAR
TILLO
GONZALEZ
M
Agradecimientos
Antes que nada gracias a dios por prestarme vida y fortaleza para perseguir mis
sueños.
Al Ing. Alfredo Godínez Velázquez por sus consejos, orientación, y todo el apoyo
incondicional que me brindó para la realización de este presente trabajo.
Al Ing. Guillermo A. Hernández Viveros y a la Ing. Adriana Hernández Cervantes
por sus valiosas aportaciones en la revisión de este trabajo.
Dedicatorias
A mis padres:
Sr. Celedonio Ramírez Tome
Sra. María Elena Guzmán Xolo
Doy gracias a mis padres por brindarme vida, amor y apoyo en momentos difíciles,
gracias por darme esta valiosa herencia que es el conocimiento y aunque no fue fácil
conseguir esta meta, nada hubiera sido posible sin ustedes.
A mis tías
Juana, Francisca y Clara Ramírez Tome gracias por el apoyo, los consejos que me
brindaron.
A mis abuelos
Sr. Francisco Ramírez Pio
y Sra. María del
Carmen Xolo Vergara gracias
enseñarme a cuidar y querer a mi familia.
INDICE GENERAL
Agradecimientos y dedicatorias
Introducción....................................................................................................................... 2
Antecedentes .................................................................................................................... 2
CAPITULO 1. ARMADURAS ........................................................................................... 5
1.1 Definición ................................................................................................................. 6
1.2 Tipos de configuraciones ....................................................................................... 7
1.3 Partes de una armadura ......................................................................................... 8
1.4 Clasificación de las Armaduras ............................................................................ 11
1.4.1 Por su forma geométrica ................................................................................... 11
1.4.2 Por función o cargas que soportan
.................................
................................. 13
1.4.3 Por época .......................................................................................................... 14
1.4.3.1 Clásico ......................................................................................................... 14
1.4.3.2 Moderno ....................................................................................................... 15
CAPITULO 2. TIPOS DE MATERIALES..................................................................... 16
2.1 Madera .................................................................................................................. 17
2.2 Acero ..................................................................................................................... 27
CAPITULO 3. CONEXIONES ...................................................................................... 36
3.1 Definición ............................................................................................................... 37
3.2 Tipos de conexiones ...............................................
.................................
............. 38
CAPITULO 4. CUBIERTAS ......................................................................................... 44
4.1 Definición ............................................................................................................... 45
4.2 Clasificación .......................................................................................................... 46
4.3 Materiales comunes para techo ........................................................................... 55
Conclusiones .................................................................................................................. 56
Fuentes de Información.................................................................................................. 58
Introducción
A los dignos
representantes de la facultad de Ingeniería Civil, que
hoy día me
honran en
constituir el jurado
examinador de este
trabajo, con el cual aspiro
a
obtener el título de Ingeniero Civil, les doy las gracias por su apoyo y comprensión a
lo largo del proceso de elaboración del mismo.
El tema del trabajo recepcional es armaduras para techo y cubiertas, este tiene la
finalidad de servir como guía para la
elección adecuada de armaduras y cubiertas en
sistemas de techo así como el uso correcto de las conexiones en las armaduras.
Antecedentes
Armaduras de
madera
para
techos de
viviendas,
similares a los
usados en la
actualidad,
han
sido
construidas
desde
tiempos
inmemorables.
Los
romanos
construían armaduras de madera de
grandes luces para estructuras de puentes y
distintas
edificaciones,
ninguna
sobrevivió hasta
nuestros dí as, pero
quedaron
constancias verbales o escritas de las mismas. La Columna de Trajano, en Roma,
muestra un puente con una superestructura de madera, construido por Apolodoro de
Damasco, sobre el río Danubio en Rumanía.
Durante el
Renacimiento este tipo
de
construcción fue
revivida por
Palladio. Se
piensa que el arquitecto
italiano Andrea Palladio (1518-1580) fue uno de los primeros
en analizar y construir armaduras. Sus muchos escritos sobre arquitectura incluyen
descripciones detalladas y dibujos de armaduras de madera, fundamentalmente de
para puentes, similares a las que se usan en la actualidad.
El cálculo de armaduras isostáticas (estáticamente determinadas) es un problema
estructural sencillo y todos los elementos para su solución se tení an en el siglo XVI,
es sorprendente que antes del siglo XIX no se hubiera hecho algún intento hacia el
diseño
científico de elementos de armadura.
Para lograr
esto fue
decisiva la
construcción de los ferrocarriles que comenzó en el año 1821. Toda la teorí a de
diseño de armaduras fue completamente terminada entre 1830 y 1860.
Los primeros ferrocarriles que se construyeron en Europa Occidental se hicieron en
áreas densamente pobladas, los puentes a construir debían tener un carácter
permanente, por lo que arcos de piedra y vigas o arcos de hierro colado fueron las
soluciones idóneas. Para el caso de Estados Unidos y Rusia, la escasa densidad de
población y las grandes distancias obligaron a buscar, inicialmente, una solución más
económica y durante los primeros años se utilizaron armaduras de madera. Las
armaduras de Howe, conocidas aún por ese nombre, eran iguales a las de Palladio,
h excepción que se empleaba hierro para los tensores. Después de 1840, los
puentes del mismo tipo fueron construidos de hierro forjado, y el costo del material
impuso los métodos científicos de diseño.
El primer análisis matemático de armaduras fue realizado en 1847 por Squire
Whipple, un constructor de puentes norteamericano de la ciudad de Utica, N.Y. En
1850 D. J. Jourawski, un ingeniero ferroviario ruso, creó el método de solución de los
nudos, por el cual se obtienen los esfuerzos en los miembros considerando las
condiciones de equilibrio de cada nudo a la vez; sin embargo esto no se conoció en
Occidente hasta que el ingeniero ferroviario alemán Kart Culmann, profesor del
Politécnico de Zurich, lo publicó independientemente unos años después en 1866.
En 1862 el ingeniero alemán A. Ritter, planteó otro método analítico: el método de las
secciones. Ritter cortó la armadura a lo largo de una línea imaginaria y sustituyo las
fuerzas internas por fuerzas externas equivalentes. Haciendo sumatoria de momento
en puntos convenientes (puntos de Ritter) pueden obtenerse todas las fuerzas
internas.
Clerk Maxwell, profesor de Física y Astronomía del Kinas Collage, en Londres,
publicó en 1864 la conocida solución gráfica del diagrama de esfuerzos recíprocos,
una de las más notables contribuciones a la teoría de estructuras, la cual fue hecha
por un científico que no tenía vínculo alguno con las estructuras, sino que es
conocido por su teoría del electromagnetismo. Este profesor de Física también sentó
las bases para un método de análisis de estructuras estáticamente indeterminadas:
método de las fuerzas, la flexibilidad o Maxwell-Mohr.
Los tres métodos para el análisis de armaduras fueron desarrollados en un período
menor de veinte años, después de diseñarse empíricamente armaduras durante
siglos. Esto demuestra, una vez más, que la necesidad es la madre de la inventiva.
Todos estos métodos de cálculo suponen que los miembros de las armaduras se
unen por articulaciones y en realidad las primeras armaduras así se unieron. Por
ejemplo, la armadura patentada por el inglés James Warren en 1848 eran miembros
de hierro colado que trabajaban a compresión o tensión con agujeros para los
pasadores incorporados en la fundición.
Puente Rio Nazas en Torreón Coahuila uno de los primeros puentes soportados por
armaduras construido en México.
CAPITULO 1. ARMADURAS
1.1 Definición
Armadura; consta de elementos rectos que se conectan en nodos, los elementos de
la armadura solo están conectados en sus extremos, por lo tanto ningún elemento
continúa más allá del nodo.
Armadura; son estructuras compuestas totalmente por miembros de dos fuerza. Las
armaduras constan generalmente de subelementos triangulares y están apoyadas de
manera que impiden todo movimiento.
Armadura; es una configuración estructural de elementos generalmente soportados
solo en sus extremos y formada por
una series de miembros rectos arreglados y
conectados uno a otro de tal manera que los esfuerzos transmitidos de un miembro a
otro sean axiales o
longitudinales a ellos
únicamente, esto es de tensión o
compresión.
Armadura; Es un sistema formado por barras rectas articuladas en sus extremos y
arregladas de manera que formen triángulos cuya alta rigidez para fuerzas en su
plano hace que las cargas exteriores se resistan exclusivamente por fuerzas axiales
en los elementos.
Armadura; es una estructura plana constituida por
un conjunto de barras articuladas
en forma triangulada, cuyo sistema de carga está integrado por fuerzas concentradas
que actúan en las articulaciones, llamadas también nodos, y que se ubican en el
mismo plano de la armadura. En estas condiciones las barras de una armadura solo
resisten fuerzas axiales (normales).
Armadura; es un conjunto de elementos rectos unidos en sus extremos
mediante
placas apernadas, tornillos o soldadura, estas uniones se conocen como nodos, por
lo general conformada por un arreglo geométrico triangular,
tienen la capacidad de
resistir fuerzas axiales sean a compresión si entran al nodo o tensión si salen de él.
1.2 Tipos de configuraciones
Configuración completa; es aquella que se compone del número mínimo de
miembros
necesarios
f e completamente
triángulos.
Configuración incompleta; es un entramado no compuesto totalmente de triángulos,
para cargas simétricas esta configuración puede ser estable pero si es asimétrica
podría ocurrir una distorsión que puede provocar una falla.
Configuración redundante; es un entramado que contiene un número de miembros
mayor que el requerido para formar el número mínimo de triángulos
1.3 Partes de una armadura
De forma general una armadura se compone de cuerda superior cuerda inferior y
miembros del alma.
Cuerda superior: consta de la línea de miembros más alta se extiende de un apoyo a
otro pasando por la cumbrera.
Cuerda inferior: se compone de la línea de miembros más baja que va de un apoyo a
Junta de talón: es la junta en el apoyo de una armadura triangular.
Cumbrera: es la junta en el pico más alto de la armadura.
Nodos: los nodos o nudos son los puntos donde se unen los miembros del alma a la
cuerda.
Nave ó Entreje: Es la porción de un techo comprendida entre dos armaduras. Puesto
que los largueros de techo se extienden de armadura a armadura, la longitud de la
nave corresponde a la longitud de un larguero de techo.
Panel: Es aquella porción de una armadura que se encuentra comprendida entre dos
juntas consecutivas de la cuerda superior.
Larguero de techo: Es la viga que va de una armadura a otra descansando en la
cuerda superior.
Tirantes: En base al tipo de los esfuerzos, son los miembros sometidos a tensión.
Puntales: en base al tipo de los esfuerzos, son los miembros sometidos a
compresión.
Miembros del alma: son aquellos que unen las juntas de la cuerda inferior y superior,
estos reciben nombres dependiendo de sus posiciones y
tipos de esfuerzo que
absorben.
Miembros del alma según su posición
Verticales
Diagonales
Miembros del alma según los esfuerzos que absorben.
Puntales: son aquellos que están sometidos a esfuerzos de compresión.
Tirantes: son aquellos que están sometidos a esfuerzos de tensión.
Armadura tipo Howe
Inclinación de las armaduras
En definición la inclinación es la posición que tiene una línea o superficie respecto a
otra línea.
En el caso de las armaduras la inclinación de un techo se puede expresar de
diversas maneras, un método común es expresarla en relación del peralte-claro, para
comprender mejor esta relación definiremos los siguientes conceptos:
Peralte: es la distancia vertical de la cumbrera a la línea que une los apoyos de la
armadura.
Claro: es la distancia entre los nudos extremos de la estructura, cuando una
armadura esta soportada por columnas el claro se comprende como la distancia
entre las caras externas de las columnas, en caso de estar apoyada en muros, se
considera el claro como la distancia centro a centro de los apoyos de estos muros.
Otra forma de designar la inclinación de es dar el ángulo que la cuerda superior hace
con la cuerda inferior.
Para el caso de armaduras simétricas en la cual la base es la mitad del claro la
inclinación se expresa como la relación peralte- base generalmente se da en
pulgadas/pulgadas, a esta relación se le llama pendiente.
La siguiente tabla muestra las inclinaciones más comunes.
Inclinación
Pendiente
1.4 Clasificación de las Armaduras
Las armaduras como pudimos ver en las definiciones son estructuras, estas se
pueden clasificar de acuerdo a sus características geométricas, su función o tipo de
cargas que soportan, y en grado de complejidad esta clasificación agregare su
clasificación de acuerdo a la época es decir en clásicas y modernas.
1.4.1 Por su forma geométrica
Armaduras planas; están contenidas en un solo plano y todas las cargas aplicadas
deben estar contenidas en el, se usan a menudo en pares para sostener puentes.
\V b)£ n
Plana h )
Las armaduras pueden ser de una vertiente o bien a dos aguas
Abanico
Armaduras espacial; recibe el nombre de armadura espacial aquella estructura en la
cual los nodos no se encuentren todos en un plano o cuyos apoyos y cargas no sean
coplanarios.
1.4.2 Por función o cargas que soportan
Cubrir un espacio como en el caso de un edificio o naves industriales.
Salvar un claro, como en el caso de los puentes.
1.4.3 Por época
Esta clasificación se hace de acuerdo a una concepción temporal. En la actualidad
gracias a las nuevas tecnologías, a los ingenieros se nos permite realizar diseños
arriesgados y futuristas.
1.4.3.1 Clásico
La concepción clásica de una armadura nos dice que las armaduras tienen una
forma claramente definida y no está expuesta a cambios como es el caso de las
armaduras tipo Howe,
Warren, Pratt etc. La
siguiente
imagen nos
muestra una
armadura pratt plana metálica usada para cubrir salón de uso deportivo.
1.4.3.2 Moderno
La principal diferencia que se puede apreciar
en una armadura
moderna de una
clásica es el hecho de que las armaduras modernas no tienen geometría claramente
definida, como lo es en el caso de las armaduras clásicas.
La armadura que se muestra en la imagen es parte del sistema de cubierta de la
Biblioteca Central de la Universidad Veracruzana, como se puede ver la armadura no
tiene una geometría parecida a las armaduras
típicas, y en este caso la armadura
está hecha a base de perfiles tubulares y las conexiones se realizaron atreves de
placas soldadas.
CAPITULO 2. TIPOS DE MATERIALES
materiales comúnmente empleados la construcción estructuras
(armaduras) son el acero y la madera de grado estructural, a continuación se
presentan algunos datos y características de dichos materiales.
2.1 Madera
A diferencia de muchos materiales de construcción, la madera no es un material
elaborado, sino orgánico, que generalmente se usa en su estado natural. De los
numerosos factores que influyen en su resistencia, los más importantes son:
La densidad, los defectos naturales y su contenido de humedad. A causa de los
defectos y de las variaciones inherentes a la madera, es imposible asignarle
esfuerzos unitarios de trabajo con el grado de precisión que se hace en el acero o en
el concreto. Desde este punto de vista de la ingeniería, la madera presenta
problemas más complejos y variados que muchos otros materiales estructurales.
Los árboles cuya madera se emplea en la construcción se clasifican en dos grupos:
los de madera blanda y los de madera dura. Los de madera dura, por ejemplo: los
encinos y los arces, tienen hojas anchas. Los términos madera blanda y madera dura
no indican el verdadero grado de dureza de las diferentes especies de árboles. Los
encinos por ejemplo son muy duros, mientras que los tilos, que también se clasifican
entre los árboles de madera dura, son extremadamente blandos. Por otra parte, el
pino amarillo del sur y el abeto Douglas, que aunque se clasifican entre los de
madera blanda, son, en realidad, dos de las maderas más duras. Las dos especies
de árboles que más se usan para obtener madera estructural en los Estados Unidos
son los pinos del sur y los abetos Douglas, clasificándose los dos entre las maderas
blandas.
Crecimiento de los árboles
La sección transversal del tronco de un árbol muestra los anillos de madera nueva
que se forman anualmente. Estos anillos, que se llaman anillos anuales, con
frecuencia están formados por capas de color claro y otras de color obscuro, el anillo
de color claro corresponde al leño que se desarrolla en primavera de cada año y el
del color obscuro es el del verano. Indicando la edad del árbol el número de anillos.
La banda de anillos anuales en el borde exterior del tronco se conoce con el nombre
de albura. Conforme el árbol envejece, la albura cambia gradualmente a duramen,
formándose una albura nueva. La madera de duramen es generalmente más obscura
que la albura. En general, la albura es ligera y más porosa que el duramen. Este es
más denso y da resistencia al tronco del árbol. Es más resistente y más durable que
la albura.
Defectos de la madera
A causa de las características naturales del material, existen varios defectos
inherentes en todas las maderas, que afectan a su resistencia, apariencia y
durabilidad.
A continuación se describen los defectos más comunes.
Rajadura a través de anillos. Es una hendidura o separación longitudinal de la
madera que atraviesa los anillos anuales; generalmente proviene del proceso de
curado.
Reventadura entre anillos. Se llama reventadura entre anillos a la separación a lo
largo del hilo, principalmente entre anillos anuales. Estos dos tipos de defectos
reducen la resistencia al esfuerzo cortante; por tanto, los miembros sujetos a flexión
resultan afectados directamente por su presencia. La resistencia de los miembros a
la compresión longitudinal no resulta afectada grandemente por las reventaduras
entre anillos.
La pudrición. Es la desintegración de la substancia linosa debido al efecto destructor
de los hongos. La pudrición se reconoce con facilidad, porque la madera se hace
blanda, esponjosa o se desmorona. El aire, la humedad y una temperatura favorable
propician el crecimiento de los hongos. Para evitar la pudrición de la madera se
impregnan con preservativos como la brea de carbón de piedra y la creosota para
impedir el desarrollo de hongos o bien aplicando pintura a la madera cuando está
seca. Por tanto, en las maderas de los grados estructurales, no se tolera ninguna
forma de pudrición.
Descantillado. Es el término que se aplica a la corteza, o ausencia de madera o de
corteza, en la arista o esquina de un trozo de madera aserrada. La resistencia de un
miembro puede resultar afectada por el descantillado, porque el miembro tiene un
área de la sección transversal insuficiente. El descantillado puede evitarse con el
requisito de que las aristas sean en ángulo recto.
Nudo. Es la parte de una rama incorporada en el tallo de un árbol. La resistencia de
un miembro resulta afectada por el tamaño y la posición de los nudos que pueda
contener.
Bolsas de resina. Son aberturas paralelas a los anillos anuales que contiene resina,
ya sea sólida o líquida.
Curado de la madera
El proceso para eliminar la humedad de la madera verde se conoce con el nombre
de curado; se efectúa exponiéndolo al aire o calentándola en hornos. La madera
curada es más rígida, más fuerte y más durable que la madera verde. Al eliminar el
agua se contraen las células fibrosas; las que forman las paredes laterales de la fibra
se contraen más que las internas y las células de la albura más que las del duramen.
La contracción de las fibras linosas produce esfuerzos internos que originan
rajaduras y alabeo; el efecto del curado varía según el tamaño de la madera. En
general, las maderas blandas se contraen más con el curado que las duras.
Clasificación de la madera según su dureza
Las maderas duras o hardwood. Son las procedentes de árboles de crecimiento lento
o latifoliados por lo que son más caras, y debido a su resistencia, suelen emplearse
en la realización de muebles de calidad. Aquí tenemos ejemplos de maderas duras:
Características
Arboles de copa redondeada
Semilla cubierta o dentro de un fruto
Hojas de diferentes formas generalmente anchas
Flores de diferentes formas y tamaños
Estas maderas también se conocen como angiospermas, a continuación se
mencionan algunos árboles que están dentro de esta clasificación.
Roble: Es de color pardo amarillento. Es una de las mejores maderas
que se
conocen; muy resistentes y duraderos. Se utiliza en muebles de calidad, parqué…
Nogal: Es una de las maderas más nobles y apreciadas en todo
el mundo. Se
emplea en mueble y decoración de lujo.
Cerezo: Su madera es muy apreciada para la construcción de
muebles. Es muy
delicada porque es propensa a sufrir alteraciones y a la carcoma.
Encina: Es de color oscuro. Tiene una gran dureza y es difícil de trabajar. Es la
madera utilizada en la construcción de cajas de cepillo y garlopas.
Olivo: Se usa para trabajos artísticos y en decoración, ya que sus fibras tienen unos
dibujos muy vistosos sobre todo las que se aproximan a la raíz.
Castaño: se emplea, actualmente, en la construcción de puertas de muebles de
cocina. Su madera es fuerte y elástica.
Olmo: Es resistente a la carcoma. Antiguamente se utilizaba para construir carros.
Las maderas blandas o softwood son las que proceden básicamente de coníferas o
de árboles de crecimiento rápido. Son las más abundantes y baratas.
Características
Árbol cuya copa semeja un cono
Semilla descubierta
Planta que no produce fruto
Hojas finas generalmente en forma de aguja
Carecen de flores
Estas maderas también se conocen como gimnospermas, a continuación se
mencionan algunos árboles que están dentro de esta clasificación.
Álamo: Es poco resistente a la humedad y a la carcoma. En España existen dos
especies: El álamo blanco (de corteza plateada) y el álamo negro, más conocido con
el nombre de chopo.
Abedul: Árbol de madera amarillenta o blanco-rojiza, elástica, no duradera,
empleada en la fabricación de pipas, cajas, zuecos, etc. Su corteza se emplea para
fabricar calzados, cestas, cajas, etc.
Aliso: Su madera se emplea en ebanistería, tornería y en carpintería, así como en la
fabricación de objetos de pequeño tamaño. De su corteza se obtienen taninos.
Alnus glutinosa: Su madera se emplea en ebanistería, tornería y en carpintería, así
como en la fabricación de objetos de pequeño tamaño. De su corteza se obtienen
taninos.
Alnus incana: Su madera es blanda y ligera, fácil de raj arse. Es utilizada en tallas,
cajas y otros objetos de madera.
Ciprés: Su madera es de color pardo amarillento claro, de textura fina y,
generalmente, de grano recto; no es resinosa y suele desprenderse de ella un aroma
similar al del cedro. Se la suele utilizar para la construcción de cajas, y las mejores
selecciones de ella pueden utilizarse también en tablas decorativas, pilotes, tornería,
chapas de guitarras.
Clasificación de la madera blanda
Se define como madera el producto del proceso de cepillar y cantear en el
aserradero, sin ningún tratamiento adicional que aserrar, volver a aserrar y pasarla
longitudinalmente por una canteadora estándar cortarla a cierta longitud e igualarla
Hay tres clases principales de madera blanda en el sistema americano de normas
para madera:
1. Madera comercial o de barranca
2. Madera estructural
3. Madera por elaborar
La madera comercial. Comprende el material de grueso menor de 5 plg que se usa
en trabajos generales de construcción. Es la madera que se encuentra generalmente
en las madererías que venden al menudeo.
En el material estructural. Se incluye madera (excepto las viguetas y tablones) de 5
plg o más de grueso y ancho. Al material de este grupo generalmente se le llama
madera gruesa. En general, se usa material estructural para soportar cargas y se
clasifica tomando el centímetro como medida.
Madera por elaborar. Comprende los tablones para fábricas y madera que se
clasifica como adecuada para usarse en puertas, marcos y otras piezas de 1 1/4 plg
o más grueso y 5 plg o más ancho. Se usa en la industria de carpintería y ebanistería
y para artículos de madera.
Se le llama con frecuencia al material estructural maderaje o madera gruesa. Debido
a que la resistencia de la madera varia con el tipo de carga a la que se sujeta, y
también porque el efecto del curado varia con el tamaño.
Clasificación de la madera de acuerdo con su tamaño y uso.
Vigas y largueros. Grueso nominal, 5 plg o mayor; anchos nominales, de 8 plg o más.
Viguetas y tablones. Grueso nominal, 2 a 5 plg pero sin llegar a 5 plg, ancho nominal,
de 4 plg o mayor.
Postes y madera gruesa. Tamaños nominales, 5 X 5 plg o mayores.
Formas comerciales de utilización de la madera.
Madera rolliza. También llamada madera sin elaborar, es de uso frecuente en México
en construcciones rurales y tradicionales. Por lo regular es empleada para andamios,
cimbras y obras falsas de diversos tipos.
Madera labrada. Se obtiene dándole forma con hacha o azuela. Los miembros de
madera labrada generalmente son piezas relativamente robustas utilizadas como
vigas, postes, pilotes cabezales de caballetes para puentes.
Madera aserrada. Es la que se obtiene cortando trozas longitudinalmente con sierra
manual o mecánica.
Dimensiones usuales. Comercialmente la madera aserrada se consigue con una
variedad relativamente amplia de dimensiones. Por tradición es costumbre dar las
medidas en unidades inglesas: pulgadas para anchos y espesores, pies para
longitudes. Todavía es usual estimar volúmenes en pies – tablón (El pié – tablón es
igual al volumen de una pieza de una pulgada de grosor por un pie de ancho por un
pie de longitud). Las dimensiones utilizadas para identificar las piezas de madera son
nominales y suelen corresponder a las dimensiones de la pieza en estado verde.
Tableros. Por tablero o panel se entiende un elemento obtenido a partir de madera
por medio de algún proceso industrial, a veces bastante complejo. Se utilizan para
fines estructurales o decorativos. Se distinguen tres tipos de tableros: los de madera
contrachapada o triplay, los de fibra y los de partícula.
Madera laminada encolada. La técnica de la madera laminada encolada consiste en
formar elementos estructurales de grandes dimensiones uniendo piezas de madera
relativamente pequeñas por medio de algún adhesivo. Las piezas utilizadas para
formar los elementos de madera laminada son tablas con espesores de 1.5 a 0.5
centímetros de espesor.
Propiedades de la madera
Anisotropía
Para emplear de forma adecuada la madera en la construcción es indispensable
tener en cuenta que es un material anisotrópico, y que como tal sus propiedades en
general específicamente las mecánicas varían según la orientación de las fibras que
tengan los esfuerzos que actúan sobre el miembro.
Esfuerzos unitarios
Fuerzas. Puede definirse a una fuerza como lo que modifica o tiende a cambiar el
estado de reposo o de movimientos de un cuerpo, o que hace que cambie de forma,
si lo sujetan en su sitio otra fuerza o fuerzas. Con frecuencia, en los problemas de
ingeniería se usan el término kip: un kip es una unidad que vale 1000 lb. En algunos
reglamentos de construcción se usa el término tonelada en relación con las cargas
unitarias admisibles en el desplante de los cimientos. Cuando se usa así, una
tonelada es una unidad que vale 2000 lb.
Cargas. Una carga es la magnitud de una presión o tensión debida a la
superposición de un peso. Los dos tipos más comunes en problemas de ingeniería,
son los que se refieren a cargas concentradas y cargas uniformemente distribuidas.
Una carga uniformemente distribuida es la que tiene una magnitud uniforme en cada
unidad de longitud, y que se ejerce sobre una parte o sobre toda longitud de un
miembro estructural. Una vigueta que soporta una cubierta de piso es un ejemplo de
viga que soporta una carga uniformemente distribuida. Hacemos notar que, en el
diseño de vigas, la carga debida al peso propio constituye una carga uniformemente
distribuida. Una carga producida por una viga que se apoya en una trabe es un
ejemplo de carga concentrada. Pero en la práctica se considera que la carga de la
viga obra a la mitad de su ancho es decir, como carga concentrada. Se aplica el
término de carga muerta al peso de los materiales de construcción, al peso de las
vigas, pisos, tabiques y columnas. La carga viva está compuesta por el peso de los
ocupantes, muebles, equipo, materiales almacenados y nieve. La carga total es la
suma de las cargas muertas y vivas.
Esfuerzo unitario. Puede definirse el esfuerzo unitario como una resistencia interna,
por unidad de área, que resulta ocasionada por la aplicación de una fuerza externa.
Puede describirse como una fuerza resistente distribuida internamente.
Tipos de esfuerzos. Los tres tipos de esfuerzos diferentes en los que interesan
principalmente son compresión, tensión y corte.
Un esfuerzo de compresión es el que se produce cuando una fuerza tiende a
comprimir o aplastar un miembro estructural.
Esfuerzo a tensión es el que se produce, al aplicar una fuerza que tiende a estirar o
alargar un miembro. Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales,
paralelas y de sentido contrario, tienden a hacer resbalar, una sobre otra, las
superficies contiguas de un miembro.
Deformación. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, se produce en el un cambio
de tamaño o de forma; a este cambio se le llama deformación. Cuando las fuerzas
axiales son de compresión y de tensión, las deformaciones son acortamientos o
alargamientos, respectivamente. Cuando fuerza miembro
flexionándolo, como lo hacen las cargas en las vigas, la deformación se llama flecha.
En las vigas, la deformación (flecha) debe mantenerse dentro de ciertos límites.
Limite de elasticidad. Para explicar los términos que se usan para identificar los
diferentes esfuerzos, se estudiara el ejemplo siguiente: se coloca una pieza corta de
madera en una máquina para pruebas de compresión. Se le aplica una carga que
produce un esfuerzo unitario de 70.3 kg/cm2 (1000 lb/plg2) y se encuentra que la
deformación es de 0.00152 cm (0.0006 plg). Cuando la carga produce un esfuerzo
unitario de 140.6 kg/cm2 (2000 lb/plg2) la deformación aumenta 0.00152 cm (0.0006
plg) o sea que ahora la deformación total es de 0.00304 cm (0.0012 plg). Duplicando
la carga, se duplica la deformación.
Al continuar la prueba, se encuentra que las deformaciones aumentan en proporción
directa a la carga aplicada. A partir de este punto encontramos que las
deformaciones comienzan a aumentar en mayor proporción que las cargas
aplicadas. A este esfuerzo unitario se le llama limite de elasticidad o limite de
proporcionalidad del material.
Elasticidad es la propiedad que permite a un cuerpo recuperar sus dimensiones
originales, cuando se suprime la carga que las modificó. Sin embargo, esto ocurre
solamente cuando el esfuerzo unitario no excede el límite de elasticidad. Después de
este esfuerzo, se produce un alargamiento o acotamiento permanente, llamado
deformación permanente.
Esfuerzo de ruptura. Supongamos que continúa con la prueba de compresión de la
muestra anterior. Se encuentra que la rotura ocurre cuando el esfuerzo unitario ha
alcanzado el valor de aproximadamente 597.5 kg/cm2 (8,500 lb/plg2). A este
esfuerzo se le llama esfuerzo a la ruptura por compresión (esfuerzo último), del
material.
Modulo de elasticidad. El modulo de elasticidad de un material es la medida de su
rigidez. Una muestra de acero sufre cierta deformación cuando se le somete a una
carga dada, pero la muestra de madera de las mismas dimensiones, sometida a las
mismas cargas, probablemente se deforme 20 veces más. Decimos que el acero es
más rígido que la madera. Se llama modulo de elasticidad del material, la relación
entre el esfuerzo unitario y la deformación unitaria, con tal que el esfuerzo unitario no
exceda el límite de elasticidad del material.
Esfuerzos unitarios permisibles. Al esfuerzo unitario permisible se le dan varios
nombres: esfuerzo de trabajo de seguridad, esfuerzo unitario de trabajo y esfuerzo
permisible.
Por lo general, se determina tomando una fracción del esfuerzo a la ruptura o del
límite de elasticidad. Puesto que los esfuerzos superiores al límite de elasticidad
producen deformaciones permanentes, es obvio que los esfuerzos unitarios de
seguridad deben ser mucho menores que el límite de elasticidad.
Densidad de la madera
El peso especifico de las diferentes especies de madera, lo determinan las
diferencias de disposición y tamaño de las células huecas, así como el espesor de
las paredes de las células. La resistencia de la madera está íntimamente relacionada
con su densidad.
El termino hilo o veta apretada se refiere a la madera que tiene anillos anuales
angostos, con separaciones muy pequeñas. Cuando se trata de hacer cálculos, se
toma como peso promedio de la madera 40 lb por pie3 o bien 643 kg / m3.
2.2 Acero
El acero es una aleación resultante de combinar hierro con un porcentaje de
carbono, las propiedades físicas de varios tipos de acero y de cualquier tipo de
aleación de acero dada a temperaturas variantes dependen principalmente de la
cantidad del carbono presente y en cómo es distribuido en el hierro.
La hipótesis acerca de la perfección de este material, posiblemente el más versátil de
los materiales estructurales, parece más razonable al considerar su gran resistencia,
poco peso, fabricación sencilla, y muchas otras propiedades deseables.
La calidad del acero ha evolucionado en incrementos relativamente pequeños, en
comparación con las resistencias del concreto. El acero estructural de batalla hasta
1990 es el NOM – B – 254 (ASTM – A36), ya que actualmente se están
construyendo numerosas estructuras con acero ASTM – A572, inclusive con acero A
– 65. El primer acero utilizado en México para fines estructurales fue el ASTM – A7,
este tipo de acero se utilizo profusamente en la construcción remachada, que fue el
primer tipo de construcción en nuestro país; Posteriormente, después de la segunda
guerra mundial cuando se desarrollo la soldadura, el acero A – 7 fue sustituido por el
ASTM – A36, debido a que tenía problemas de soldabilidad por su alto contenido de
carbono.
Ventajas del acero como material estructural
El acero estructural, a pesar de su elevado costo, es el material ideal para su
construcción, especialmente para estructuras ubicadas en zonas sísmicas, por las
ventajas que a continuación se indican:
La alta resistencia del acero por unidad de peso. Significa que las cargas muertas
serán menores o sea que es poco el peso de la estructura. Este hecho es de gran
importancia en puentes de gran claro, y edificios elevados, y en estructuras
cimentadas en condiciones precarias.
Uniformidad. Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo,
como sucede con las del concreto reforzado.
Elasticidad. El acero está más cerca de las hipótesis de diseño que la mayoría de los
materiales, por la ley de Hooke. Los momentos de inercia de una estructura de acero
pueden ser calculados con precisión, en tanto que los valores obtenidos para una
estructura de concreto reforzado son un tanto indefinidos.
Durabilidad. Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran
indefinidamente.
Ductilidad. Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones
sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.
Diversos. Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son: adaptación a
la prefabricación, rapidez de montaje, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga,
posible reutilización después de que la estructura se desmonte y valor de rescate,
aun cuando no pueda usarse sino como chatarra.
Tenacidad. Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y
ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades
se denomina tenacidad.
Desventajas del acero como material estructural
Costo de mantenimiento. La mayoría de los aceros son susceptibles a la corrosión al
estar expuestos al aire y al agua y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.
Costo de la protección contra el fuego. La resistencia del acero se reduce
considerablemente durante los incendios, ya que el acero es un excelente conductor
de calor, de manera que los miembros de acero sin protección pueden transmitir
suficiente calor de una sección o compartimiento incendiado de un edificio a
secciones adyacentes del mismo.
Susceptibilidad al pandeo. Entre más largos y esbeltos sean los miembros a
compresión, mayor es el peligro de pandeo. El acero tiene una alta resistencia por
unidad de peso, pero al usarse como columnas no resulta muy económica ya que
debe usarse bastante material.
Fatiga. Su resistencia puede reducirse si se somete a un gran número de inversiones
del signo del esfuerzo, o bien, a un gran número de cambios de la magnitud del
esfuerzo de tensión. (Se tienen problemas de fatiga solo cuando se presentan
tensiones).
Los perfiles estructurales más utilizados en la construcción de armaduras para
puentes y armaduras de cubiertas son los siguientes:
Perfiles tubulares
Perfiles IPR
Canales C
Ángulos L
Propiedades mecánicas de los metales estructurales
El mayor esfuerzo para el cual tiene aplicación la ley de Hooke, o el punto más alto
sobre la porción de la línea recta del diagrama esfuerzo-deformación, es el llamado
limite de proporcionalidad. El mayor esfuerzo que puede soportar el material sin ser
deformado permanentemente, es llamado límite elástico. En realidad, este valor es
medido en muy pocas ocasiones y, para la mayor parte de los materiales de
ingeniería, incluyendo el acero estructural, es sinónimo de límite de proporcionalidad.
Por tal motivo, algunas veces se usa el término límite elástico de proporcionalidad.
Al esfuerzo que corresponde un decisivo en el alargamiento o deformación, sin el
correspondiente incremento en esfuerzo, se conoce por límite de fluencia. Este es
también el primer punto, sobre el diagrama esfuerzo-deformación, donde la tangente
a la curva es horizontal.
Probablemente el punto de fluencia es para el proyectista la propiedad má s
importante del acero, ya que los procedimientos para diseñar elásticamente están
basados en dichos valor (con excepción de miembros sujetos a compresión, donde el
pandeo puede ser un factor). Los esfuerzos permisibles usados en estos métodos
son tomados usualmente como fracción (%) el límite de fluencia. Más allá de tal
límite, existe una zona en la cual ocurre un considerable incremento en la
deformación, sin incrementos en el esfuerzo. La deformación que ocurre antes del
punto de fluencia, se conoce como deformación elástica; la deformación que ocurre
después del punto de fluencia, sin incremento en el esfuerzo, se conoce como
deformación plástica. El valor total de esta última, es usualmente de 10 o 15 veces el
valor de la deformación elástica total.
Podría suponerse que la fluencia del acero, sin incremento de esfuerzo, es una seria
desventaja, pero actualmente es considerada como una característica muy útil. A
menudo ha desempeñado el admirable servicio de prevenir fallas debidas a
omisiones o errores de diseño. Pudiera ser que un punto de la estructura de acero
dúctil alcanzara el punto de fluencia, con lo que dicha parte de la estructura cedería
localmente, sin incremento del esfuerzo, previniendo así una falla prematura.
Esta ductilidad permite que los esfuerzos de la estructura de acero puedan
reajustarse. Otro modo de describir este fenómeno es diciendo que los muy altos
esfuerzos causados durante la fabricación, montaje o carga, tenderán a uniformarse
y compensarse por si mismos. También debe decirse que una estructura de acero
tiene una reserva de deformación plástica que le permite resistir sobrecargas y
choques súbitos. Si no tuviera esa capacidad, podría romperse bruscamente, como
sucede con el vidrio y otras sustancias semejantes. Siguiendo la deformación
plástica, existe una zona donde es necesario un esfuerzo adicional para producir
deformación adicional, que es llamada de endurecimiento por deformación. Esta
porción del diagrama no es muy importante para el diseñador actual.
En la figura siguiente muestra un diagrama esfuerzo-deformación para cero dulce
estructural, que es bien conocido. Solo se muestra la parte inicial de la curva por la
gran deformación que ocurre antes de la falla. En la falla de los aceros dulces, las
deformaciones totales son del orden de 150 a 200 veces las deformaciones elásticas.
En realidad, la curva continuara hasta el esfuerzo correspondiente a la resistencia
final y luego descenderá, “le saldrá cola”, antes de la ruptura. Se presentan una
aguda reducción (llamada estrangulamiento, cuello), en la sección transversal del
miembro, seguida de la ruptura.
La curva esfuerzo-deformación de la figura es una curva típica de un acero usual
dúctil de grado estructural y se supone que es la misma para miembros a tensión o
en compresión. (Los miembros en compresión deben ser cortos, ya que si son
largos, la compresión tiende a pandearlos lateralmente, y sus propiedades se ven
afectadas grandemente por los momentos flexionantes). La forma del diagrama varia
con la velocidad de carga, el tipo de acero y la temperatura.
En la figura se muestra con línea interrumpida, una variación del tipo mencionado,
indicándose el límite superior de fluencia. Esta forma de la curva esfuerzo –
deformación, es el resultado de aplicar rápidamente la carga al acero estructural
laminado, en tanto que el límite inferior de fluencia corresponde a carga aplicada
lentamente.
Fluencia Elástica
Fluencia Plástica
Endurecimiento po r deformación
Punto superior de fluencia
Punto inferior de fluencia
Esfuerzo f
Deformación e-
Una propiedad muy importante de una estructura que no haya sido cargada mas allá
de su punto de fluencia, es que recuperara su longitud original cuando se le retire la
carga. Si se hubiere llevado más allá de este punto, solo alcanzaría a recuperar parte
de su dimensión original. Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una
estructura existente mediante carga, descarga y medición de deflexiones. Si después
de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones
originales, es porque se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de
fluencia.
El acero es un compuesto que consiste totalmente de hierro (normalmente más de
98 %). Contiene también pequeñas cantidades de carbono, sílice, manganeso,
azufre, fósforo y otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en
las propiedades del acero. La dureza y resistencia aumentan a medida que el
porcentaje de carbono se eleva, pero desgraciadamente el acero resultante es más
quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. Una menor cantidad de
carbono hace al acero más suave y más dúctil pero también menos resisten te. La
adición de elementos tales como, sílice y níquel produce aceros considerablemente
más resistentes. Estos aceros, por lo tanto, son apreciablemente más costosos y a
menudo no son tan fáciles de elaborar.
Modulo de elasticidad. El modulo de elasticidad de un material es la medida de su
rigidez.
Cuadro 5. 6 Tabla Modulo de Elasticidad de l acero Tabla de IV Valor Modulo de Elasticidad aproximado (Kg/cm
2
) £
Hierro de fundición
Propiedades. Estas propiedades incluyen la densidad de masa del acero que es de
490 lb/ft3 ó 7.85 ton/m3.
Aceros Estructurales Modernos
Las Propiedades del acero pueden combinarse en gran medida variando l
as
cantidades presentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel,
manganeso y cobre. Un acero que tenga cantidades considerables de estos últimos
elementos se denomina acero aleado.
Aunque esos elementos tienen un gran efecto en
las propiedades del acero, las
cantidades de carbono y otros elementos de aleación son muy pequeños. El
contenido de carbono en el acero es casi siempre menor que el 0.5 en peso y es muy
frecuente que sea de 0.2 a 0.3 %.
La composición química del acero es de gran importancia en sus efectos sobre las
propiedades del acero tales como la soldabilidad, la resistencia a la corrosión, la
resistencia a la fractura, etc. El carbono en el acero incrementa su dureza y su
resistencia, pero al mismo tiempo reduce su ductibilidad igual que lo hacen el fósforo
y el azufre. Los aceros estructurales se agrupan generalmente según varias
Clasificaciones principales de la ASTM (American Society for Testing and Materials):
los aceros de propósitos generales (A36), los aceros estructurales de carbono
(A529), los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (A441 y A 572),
los aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión
atmosférica (A242 Y A588) y la placa de acero templada y revenida (A514).
El acero al carbono es el más común, tiene una ductilidad excelente, lo que permite
que se utilice en muchas operaciones de formado en frío. El acero también se puede
soldar con facilidad. Los aceros de alta resistencia se utilizan mucho en proyect os de
ingeniería civil.
El acero es unos de los más importantes materiales estructurales. Entre sus
propiedades de particular importancia en los usos estructurales, están la alta
resistencia, comparada con cualquier otro material disponible, y la ductilidad.
Resistencia del acero
En todo diseño de acero se tiene en consideración la
resistencia de fluencia del
material. La resistencia de fluencia de diversos grados que están disponibles para el
diseño como se puede ver en la tabla 5.7. La resistencia de fluencia es el mínimo
valor garantizado por el productor de acero y que se basa en el promedio estadístico
y la consideración del valor mínimo de fluencia obtenido mediante un gran número de
Designación de la AST
H
Tip
o
de
Acero
Cuadro 5.7
Aceros Estructurales Modernos
mínimo de fluencia
Resistencia
especificada mínima a la tensión
F» en kfl/cm
Al
carbono
5624
Similar
al A36 42
18-5975
resistencia ba
rras hasta
Similar al
A36
2812-3515
4218 - 4921
resistencia y
placas y
atornilladas,
2952
- 4569
4218-5624
atornilladas,
y
resistente a
4429 - 4921
soldado mu y
y
resistente
a Placas y
atornilladas y
2952
- 351
4429 - 4921
soldadas co n
Templados
Placas
solo
empleada;
se
6327
7030
7030-9139
Los valores F, v3rian con el espesor y el grupo
Los valores F„
CAPITULO 3. CONEXIONES
3.1 Definición
Para el caso de las armaduras una unión o conexión es un elemento metálico o de
madera, que tiene la función de juntar dos
miembros de una
estructura, estas
conexiones pueden ser placas metálicas soldadas, atornilladas, apernadas y en el
caso de la madera
normalmente son placas dentadas,
placas con agujeros para
tornillos o clavos.
Excéntrica,
soldada
atornillada
3.2 Tipos de conexiones
Para Armaduras de Acero
Conexiones atornilladas excéntricas
Una conexión es excéntrica debido a que la línea de acción de la carga, que coincide
con el eje longitudinal del miembro de la armadura, no coincide con el centro de
gravedad de la conexión. En la figura se muestra una unión dos diagonales y la
cuerda superior de la armadura. En este caso particular de conexión, no es posible
colocar los pernos o tornillos en el eje longitudinal o línea media de la sección de las
diagonales porque se requiere de un espacio para la cabeza del tornillo o tuerca y
para poder acceder con el equipo de apriete.
Centro del
Conexiones soldadas balanceadas
Si el centroide de la conexión no coincide con el centroide del miembro de la
armadura, existe un momento de torsión que debe ser
equilibrado por fuerzas
desarrolladas por la soldadura. En una conexión soldada balanceada, el centroide de
la conexión coincide con el centroide del miembro que se va a conectar. De es ta
manera, se elimina la posibilidad de tener que considerar la torsión en el diseño de la
soldadura. Este aspecto es muy importante en miembros de armaduras que están
sometidos a cargas cíclicas, como es el caso de los puentes. Si el miembro a
conectar tiene sección simétrica, las soldaduras se colocarán simétricamente; pero si
el miembro no es simétrico, las soldaduras no se colocarán simétricamente.
Tipos de conexiones
Para Armaduras de Madera
Básicamente los
conectores para madera son anillos metálicos o placas
que se
introducen
parcialmente en cada cara de miembros adyacentes para transmitir
la
carga de un miembro a otro, con pernos de diámetro relativamente pequeño, en los
métodos usados en el pasado las parte más débil de la armadura eran las juntas, con
los conectores para madera es posible desarrollar todo el esfuerzo permisible de la
madera.
El conector de anillo partido es posiblemente el que más usado, su objetivo es
transmitir cargas en dos piezas de madera.
Conector de anillo dentado, transmite las
cargas entre dos miembros de madera
especialmente en los
entramados de madera
relativamente ligeros. No son
necesarias las ranuras para instalar los anillos dentados ya que estos entran a
presión en la cara de la madera.
Placa para cortante, se ha proyectado especialmente para hacer conexiones de
madera con acero y madera con madera en estructuras desmontables, se usan para
unir columnas de madera a las zapatas con la adición de tiras de acero y para hacer
varias conexiones de acero a madera en estructuras de madera.
TP Placas de empalme
ClA
comunes u8dx1V
2"
Placas de empalme
Placas para conectar do s miembros de
madera o para reparaciones en general.
ACABADO: Galvanizado G90
INSTALACIÓN: •
Coloque la placa sobre do s
piezas de madera co n la s flechas
alineadas sobre la junta. Martille la s
púas. No es par a usa r en tijerales
ni para us o
estructural. •
Coloque un bloque sobre
la placa M P e
instálela.
MP (n o r
I y L Conectares
Ángulos de us o general com o refuerzo para intersecciones en T y V.
ACABADO: Galvanizado G90.
Instalación típica de T
clavos 16d para todos
lo s tamaños)
Instalación típica de L (Use
clavos 10 d
i—wnn El patrón de clavado
escalonado reduce
I
Angulos sesgables
Ángulos regulables en la obra para us o
general en
sujetadores HD G en lo s modelos Z-MAX.
INSTALACIÓN
Instalación
(Use clavos lOd
STEEL PLATES
CAPITULO 4. CUBIERTAS
4.1 Definición
Se denomina cubierta o techo a la superficie entramada que cierra una edificación
por su parte superior, destinada a proteger su interior de los agentes climatológicos
dando una adecuada evacuación, a la vez que se asegura del agua de lluvia,
proporcionando al mismo tiempo un aislamiento térmico acústico al conjunto así
obtenido.
Una cubierta es el conjunto de elementos constructivos que integran el cerramiento
superior de una edificación, generalmente comprendido entre la superficie inferior del
último techo habitable y el acabado superior en contacto con el ambiente exterior.
Puede definirse también como elemento constructivo de cualquier forma que tiene
una pendiente sobre la horizontal menor de 60° comprende tanto las partes opacas
como las transparentes.
Los techos pueden ser permanentes o provisionales, dependiendo de los materiales
de lo que estén elaborados. Para la elaboración de los techos existen desde: paja,
sácate, tejamanil, palapa, tablas, piedras, etc., hasta materiales de ladrillo, madera,
plástico, asbesto, acrílico, lamina, concreto, etc.
Los techos en cuanto a su forma son: planos horizontales, planos inclinados y
curvos. Los planos inclinados se manufacturan con una gran variedad de materiales
y pueden ser de varias aguas.
4.2 Clasificación
Las cubiertas se clasifican de acuerdo a su forma en
Cubiertas planas
•
Cubiertas de una vertiente.
Cubiertas a dos aguas
Cubiertas a cuatro aguas
Cubierta quebrada
•
Cubierta diente de sierra
Diente d e sierra
Clasificación según su comportamiento higrotermico
Cubierta caliente
Sin cámara de aire o con cámara no ventilada. El cerramiento está formado por una
sola hoja o dos hojas que forman entre ellas una cámara de aire totalmente cerrada.
Dichas hojas pueden estar compuestas por una o varias de materiales
componentes diferentes.
Cubierta fría
Con cámara de aire ventilada. El cerramiento que separa el interior del exterior esta
constituido por dos hojas que forman entre ellas una cámara de aire ventilada, dichas
hojas pueden estar compuestas por una o varias capas de materiales distintos.
Clasificación debido a su inclinación
Cubierta plana es aquella que tiene una pendiente entre 1 a 5%
de chapa galvanizada
de lo cosa FrscHER
armadas a.emlre.s.l.'.ienteA
Ladrilla Hueco Doble
Mortero de réntenlo
marqos.co
Ladrillo Tosco Perforado
Cubierta inclinada es aquella en la cual la pendiente es mayor al 5%
Techos ligeros
Se considera un techo ligero a cubierta ligera aquel que puede soportar las cargas de
diseño y de
mantenimiento de la propia
estructura, se decir estos techos y
os
materiales con que están
hechos no fueron
diseñados para
soportar
tránsito de
personas y mucho menos el acopio de materiales.
Este tipo de cubiertas se divide en dos grupos.
Cubiertas opacas
Cubiertas translucidas
Cubiertas opacas
Techo de teja de asbesto-cemento
La colocación de este tipo de material se hace, por lo regular, sobre una cubierta de
madera con pendiente con respecto a la horizontal de 30° a 45° según el lugar.
Deberá empezarse de abajo hacia arriba cortando con serrote a la mitad la primera
hilada de tejas, se cuidara el recto cuatrapeo de acuerdo con las indicaciones del
fabricante, de tal manera que en un metro cuadrado entren 9 tejas de 40x40 cm y 16
de 30x30 cm. Para su fijación se emplean clavos o arpones especiales.
Techo de lámina de metal
Las láminas para techados son elementos estructurales de acero galvanizado con un
revestimiento de zinc con un cierto espesor que proporciona un sellado hermético
sobre el acero que al formar una barrera física que lo protege del contacto con
elementos corrosivos, y es capaz de de soportar las más severas operaciones de
conformado en frío (doblado, rolado, engargolado, etc.), sin que el zinc se agriete o
desprenda.
Son utilizadas para la
construcción de tipo industrial, ya que posee una elevada
capacidad de carga
y un diseño que
permite
utilizarlo tanto en
muros como
en
techos. Debido a su capacidad media
de desagüe, se recomienda una
pendiente
mínima de 6% cuando se desee utilizarlo en techos. Las láminas pueden ser
acanaladas, onduladas, rectangulares y lisas. Las láminas pueden ser pintro
(pintado), zintro (lamina negra) y zintro alum (galvanizada).
Multitecho-Ternium
Son módulos formados por dos láminas de acero galvanizado G-90 o duraplus y
prepintado en continuo, inyectado entre sí por un núcleo de espuma rígida de
poliuretano expandido de alta densidad (40kg/m³) o lana mineral (100kg/m³) y ambas
caras en lámina de acero galvanizada, prepintada, vinil, fibra de vidrio, PVC o
aluminio, perteneciente a la nueva generación de espumas ecológicas para formar
un elemento tipo sándwich. Su diseño de machimbrado de unión ofrece una
excelente fijación y gran hermeticidad. Diseñado para fachadas y para techos de
bajas pendientes de hasta un 3% condicionado a la longitud de la cubierta y para
altos requerimientos de resistencia estructural, además de proveer de Aislamiento
térmico, rapidez de instalación, impermeabilidad, acabados y colores, adaptabilidad a
cualquier sistema constructivo, etc.
Cubiertas translucidas
Los techos de acrílico o cubiertas de lamina translucida son elementos enfocados a
elaborar cubiertas planas o inclinadas que permita el paso de luz solar a lo largo de
la nave industrial y que forme una barrera física en el medio y que proteja del
contacto con elementos corrosivos, luz solar, rayos ultravioleta, lluvia, entre otras
cosas. Los techos de acrílico sirven para dar una excelente solución para poder
conseguir iluminación en cerramientos de edificios metálicos o naves industriales.
Láminas de Policarbonato para Techos
Es elaborado con una capa coextruida de protección contra los efectos del
envejecimiento e intemperización por los dañinos rayos ultravioleta. Es un laminado
resistente y durable que junto con sus características térmicas, físicas, mecánicas y
ópticas, es totalmente versátil en todo tipo de aplicaciones arquitectónicas. Además
cuenta con una extraordinaria dureza dándole una altísima resistencia al impacto sin
perder flexibilidad que le permite ser curveado en frío.
Cuenta con una excelente transmisión de luz, flexibilidad, ligereza, transparencia y
resistencia altas temperaturas, para techos, estructuras diversas
aplicaciones donde la iluminación, el ahorro de energía eléctrica, la estética, la
rapidez de instalación y la durabilidad del material sean importantes. El policarbonato
es el material ideal para techado termoaislante recto y arqueado. El policarbonato
está dotado de una capa protectora contra los rayos UV la cual procura una larga
vida útil y se destaca por una gran resistencia a los golpes. El policarbonato se
emplea para techar objetos industriales, jardines de invierno, piscinas y áreas
deportivas.
Láminas para Techos Poliacryl G5
Es un laminado plástico termofijo, transparente elaborado con resina poliéster y
acrílica reforzado con fibra de vidrio que ofrece resistencia para todo uso, en
presentaciones de usos generales y especiales. Poliacryl GC cuenta con una capa
protectora de Gel Coat, que no se separa de la resina y le brinda superior resistencia
a la intemperie, prolongando así su durabilidad, además de ofrecerle mayor
continuidad en la transmisión de luz y apariencia más agradable. El avanzado
proceso de producción así como la calidad de sus materias primas mediante las
cuales es obtenida Poliacryl GC permite el aseguramiento total y uniforme de las
propiedades básicas de este producto tales com espesor, perfil y color. Igualmente
este producto posee una gran resistencia al deterioro y efectos causados por el
medio ambiente. La versatilidad y funcionalidad de Poliacryl GC están confirmadas
debido a su característica de adaptarse correctamente a cualquier tipo de perfil con
los que cuentan los laminados de acero galvanizado y de asbesto-cemento, entre
otros. Poliacryl GC puede fabricarse en dos variedades en cuanto a su reacción al
fuego, Normales: Clasificadas M4 y Autoextinguibles: Clasificadas M2 En ambos
casos las láminas de poliéster Poliacryl GC no forman gotas inflamadas en su
combustión.
Láminas para Techos Stabilit Acrylit G10
Laminado plástico que combina la alta difusión de luz y durabilidad de la resina
acrílica con la alta resistencia mecánica, especialmente al
impacto, que ofrece su
refuerzo de fibra de vidrio. Se usan en techos a la intemperie, bajo la luz solar,
humedad, cambios de temperatura y exposición a sustancias
químicas, las
propiedades físicas y mecánicas de Acrylit permanecen inalterables y no presentan
las tonalidades amarillentas, ni la perdida de color o transparencia que sufren otros
materiales cuando se exponen a las mismas circunstancias. Ideal para todo tipo de
techumbres, y listo para traslapar con cualquier tipo de lámina metálica.
4.3 Materiales comunes para techo
Techos de concreto
Los techos de concreto reforzado se construye de manera similar a los
pisos de
concreto reforzado y pueden ser sólidos, aligerados. Las losas para los techos se
refuerzan frecuentemente con varillas de acero en ambas direcciones, las varillas
más largas siguen el claro y deban empotrarse en los muros cuando menos 100mm.
Por lo general la losa tiene un acabado horizontal y el declive se obtiene con una
plantilla, posiblemente una con un agregado ligero para mejorar el aislamiento
térmico. Se pueden instalar respiraderos para eliminar el aire atrapado y la humedad
proveniente de abajo de la cubierta del techo.
Techos hechos a base de vigas y tablas de madera
Para lograr este tipo de techumbre se utilizan, por lo general, vigas de madera de
ocote y oyamel de 10x20 cm como base para recibir tabla de ¾"x4"x6" traslapados 2"
y clavados con clavos de 1 ½ " y como impermeabilizante se utiliza chapapote
liquido.
Techo de teja de barro
Este tipo de techumbre es muy recomendable para climas templados y calientes, ya
sean húmedos o secos. Su construcción es sencilla
y barata, los materiales que
intervienen son las tejas de barro recocido deberán ser de aspecto uniforme y
homogéneo, no deberá presentar grietas ni chipotes y pueden ser naturales, vibradas
o pintadas.
Conclusiones
Durante la investigación realizada para este trabajo me percate del hecho, que la
ingeniería está presente en cada ámbito de nuestras vidas, la recolección de datos
nos muestra que la elección correcta de una armadura depende de ciertas variables,
como son:
Ubicación de la futura construcción, puente, nave industrial etc.
Clima
Materiales disponibles
Recursos monetarios
Recursos humanos (mano de obra calificada)
La elección de una armadura se basa de forma general en los puntos mencionados
con anterioridad, probablemente el punto más problemático de ellos sea el obtener
vastos recursos
monetarios para financiar una
construcción. La elección de un
material específico para construir una armadura depende en gran parte del uso que
se dará a la construcción, los recursos materiales y humanos con los que se cuente a
mano. Aunque se puede pensar que el acero es el material más funcional para
cualquier armadura de techo, este llega a ser un poco
costoso y por lo tanto es difícil
de obtener, además requiere mano de obra calificada para el
armado como
soldadores especializados, el mayor inconveniente que afecta a las estructuras de
acero en general es la corrosión por lo tanto es
necesitan un
mantenimiento
constante, y más aun si la construcción se encuentra en la zona costera, es decir
todo material tiene sus ventajas y desventajas a la hora de construir y no por eso
deja de ser funcional. En las zonas rurales donde existe madera en abundancia, lo
más conveniente sería
aprovechar los material disponibles de dicha región se sabe
que al darle un tratamiento (curado) adecuado
a la madera esta conserva
sus
propiedades mecánicas durante un mayor periodo de tiempo,
que las
construcciones aumenten su vida útil, pero a pesar de esto la madera no se puede
usar para todo tipo de construcciones y esto es debido a los elevados costos de
adquisición de la madera, desde mi perspectiva las armaduras de madera tienen el
suficiente potencial, para ser utilizadas.
En cuanto a la elección de cubiertas cabe resaltar que este trabajo se presenta los
materiales comúnmente utilizados para techumbres, pero no todos se pueden
emplear en cubiertas que serán sostenidas por una armadura, la idea principal de las
armaduras es aligerar el peso del techado y aumentar el espacio entre apoyos es
decir cubrir grandes claros sin necesidad de colocar apoyos interm edios, podríamos
decir que en estos casos la mejor opción sería usar materiales ligeros como son los
distintos tipos del laminas sean metálicas, asbesto-cemento, policarbonato, acrílico
incluso madera.
Fuentes de Información
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constructores: México D.F.: Limusa-Wiley.
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