Cerchas De Madera.docx

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Introducción Desde el principio de la civilización, el hombre ha hecho uso de estructuras de madera. Estas, a través del tiempo, han sido desarrolladas adecuándolas a las necesidades del ser humano y han sido moldeadas con la finalidad de resolver cualquier dificultad que presente la utilización de tales estructuras. En este informe se dará a conocer y explicar las propiedades de las cerchas de madera, sus aplicaciones y principales características. También se mostrarán ejemplos de cómo son diseñados las estructuras y los factores que inciden en la construcción y diseño de estas mismas. La cercha, armadura o también llamada viga de celosía está compuesta de un sistema de barras triangular, que han sido muy importante en la historia, las primeras celosías fueron de madera, ya en la antigüedad los griegos las usaban para la construcción de algunas casas, y diversos tipos de estructuras, dando paso a las grandes construcciones que podemos observar en edificios, puentes y hasta en nuestras propias casas.

MENDOZA TARQUI ELVING FRANZ

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Madera La madera es una materia prima de origen vegetal. Es la parte sólida y rígida situada bajo la corteza de los tallos leñosos de árboles y arbustos. Este es uno de los elementos constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado para la construcción de sus viviendas y otras edificaciones. Para lograr un resultado excelente en su trabajabilidad hay que tener presente ciertos aspectos relacionados con la forma de corte, curado y secado. La Madera en la Construcción Ventajas:  La madera es aislante tanto del calor como del frío, es el material más usado en las obras de reciclaje. Por otra parte, la liviandad del material no es gravosa sobre la estructura existente y la obra de madera se la puede considerar una estructura fácilmente desmontable y por lo tanto puede ser una construcción no-fija.  El uso de la madera en la construcción está indicado para zonas con riesgo sísmico, ya que gracias a la liviandad del material es de reducida masa y por lo tanto tiene un elevado coeficiente antisísmico. En caso de terremotos es mucho más segura la solución de un techo de madera, sobre cualquier tipo de construcción, ya que la madera compensa y reduce las vibraciones provocadas por el terremoto. En la construcción con madera se busca siempre, en lo posible, fabricar los elementos en bloques únicos, para transportarlos al lugar mediante camión y colocarlo en obra con el auxilio de grúas móviles. La ventaja mayor que deriva de tal procedimiento está en la posibilidad de construir la estructura en un local controlado dentro del establecimiento del fabricante y poder efectuar el montaje de los elementos en forma rápida y en seco.  Los techos con estructura de madera permiten la elección de cualquier tipo de cubierta. En el caso de techos muy planos (angulación hasta 10º) se aconseja una cubierta de chapas; para angulaciones superiores (mayor de 20º) es posible cubrirla con tejas cerámicas. Si la madera simple sólida, escuadrada en aserradero, no alcanza a ser idónea para una determinada construcción, se utiliza algo técnicamente superior como lo es la madera laminada, respetando siempre las dimensiones indicadas por el constructor. Las uniones entre los elementos, se efectúan con los métodos de la carpintería artesanal, o sea, mediante grampas, planchas, clavos metálicos o similares. Las fuerzas de transmisión admisibles son ensayadas en el laboratorio. El medio de unión clásico en la construcción de madera es el clavo.

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 Respecto a su bajo peso específico, la madera tiene óptimas características de resistencia mecánica y tiene además óptimas características como aislante térmico. La madera es muy resistente a los ataques de sustancias químicas y puede ser utilizada en ambientes especiales (como por ejemplo piscinas, cobertizos industriales, etc.); tiene la capacidad de absorber la humedad del aire, acumularla y restituirla a esta última.  Las estructuras relacionadas con las construcciones de madera pueden ser fácilmente prefabricadas, lo que significa un ahorro, tanto en términos de tiempo como en costo de montaje. Los edificios construidos con madera son fácilmente desmontables y las estructuras de madera pueden ser recicladas o re-utilizadas. Tecnologías modernas, como el encolado, permiten producir elementos estructurales cuya longitud supera en mucho los límites establecidos por el crecimiento del árbol.  No sufre oxidación. Desventajas:  Fácilmente combustible (En caso de que no existe tratamiento previo).  Ataque de agentes orgánicos (Hongos, insectos).  Es Higroscópico (Aumento de volumen y disminución de volumen al tomar o perder agua).  Fácilmente deformable. Cerchas Son elementos de fácil y rápida confección, puede ser prefabricada o armada a pie de obra y su diseño le permite salvar grandes luces. El tamaño no está limitado por el largo de las piezas comerciales, puesto que existen sistemas de unión que permiten conformar elementos de dimensiones mayores. Su uso en viviendas evita sobrecargar la estructura de los pisos inferiores, y la necesidad de tabiques estructurales inferiores. Presenta el inconveniente de que reduce el aprovechamiento de la mansarda, pero existen alternativas de cerchas que permiten un mejor uso de dicho espacio. Elementos que conforman una cercha:  Par o pierna: cada una de las dos piezas inclinadas de un tijeral que forman las aguas de una techumbre.  Tirante: pieza horizontal de una cercha que une el extremo inferior de los pares e impide que se separen.  Diagonales: pieza inclinada que une un par con el tirante.  Tornapunta: elemento que disminuye la luz de los pares y por lo tanto su escuadría.

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 Pendolón: elemento vertical que une un punto de la cumbrera con otro del tirante.  Péndola o montante: elemento vertical que une un punto del par con otro del tirante.

Características de las Cerchas Los elementos de la cercha teóricamente hablando, están sometidos solamente a carga axial, tracción y compresión directa. En la realidad, las barras de la cercha con uniones remachadas o soldadas están sometidas a esfuerzo cortante y momento flector, que se llaman esfuerzos secundarios. Excepto en el caso de grandes cerchas remachadas o soldadas de puentes, solamente se consideran los esfuerzos primarios o directos. Fijaciones Las estructuras en madera se materializan uniendo dos o más elementos independientes que convergen en un punto, conformando la estructura soportante: Estas intersecciones de elementos estructurales dan origen a nudos o uniones (sectores más vulnerables de las construcciones de madera), los cuales deben ser resueltos en el diseño considerando aspectos estructurales (resistencia y transmisión de las cargas), arquitectónicos (si quedará a la vista o no el nudo) y constructivos (procedimientos y consideraciones para la materialización de la unión). Las soluciones para los nudos pueden ser a través de:

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•Fijaciones mecánicas: son las más ampliamente usadas en la construcción con estructura de madera. •Fijaciones encoladas: no se recomiendan para la práctica habitual, ya que el concepto se aplica más bien para la fabricación de madera laminada encolada. Fijaciones mecánicas Son elementos metálicos, generalmente cilíndricos y de acero que se hincan, insertan o atornillan en las piezas de madera que constituyen la unión. El mecanismo de traspaso de fuerzas se materializa por medio de un trabajo en flexión, aplastamiento o cizalle del medio de unión y del aplastamiento, cizalle y hendimiento de la madera. Las fijaciones deben ser sencillas, obtenerse con la mínima pérdida de material, dar una seguridad suficiente para su uso y ser de rápida ejecución. Las fijaciones más utilizadas que cumplen con los requisitos antes mencionados y que permitirán obtener una estructura segura son: Clavos

Tornillos

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Tirafondos

Pernos

Pasadores

Placas dentadas

Conectores

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Sistemas 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 Zuncho metálico Entablado diagonal Tableros estructurales

Riostras con piezas de madera: Piezas diagonales de dimensiones similares a la sección de las vigas. Las diagonales se ubican de preferencia en el perímetro, permitiendo asegurar una buena transmisión de las 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 soluciones anteriores. Tableros estructurales: Son contrachapados fenólico. Los tableros se colocan traslapados, evitando líneas continuas en ambos sentidos. 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. De traslape: Este tipo de empalme, bastante utilizado por lo simple y 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. Los elementos que conforman una cercha pueden diseñarse a carga axial, siempre que las correas estén apoyadas directamente en los nudos de las mismas, cuando esto no se cumpla o cuando de los elementos pendan cargas adicionales de cielo raso u otras el diseño de estos elementos deberá hacerse a flexo-compresión o flexoracción. Con el fin de impedir fallas por inestabilidad, debe de proveerse de apoyos adecuados y de arriostramientos tanto en sentido transversal como el longitudinal, a los sistemas estructurales donde se usen cerchas.

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El diseño de las uniones en los diferentes nudos y apoyos de las estructuras deberán hacerse para resistir las cargas que se prevén incluyendo los efectos del sismo o viento. Uniones Las uniones pueden ser de madera o mixtas, en estas últimas la madera se combina con otros materiales que cumplan con los niveles de esfuerzos necesarios para resistir y transmitir las cargas. Los elementos que se pueden usar para las uniones pueden ser: clavos, tornillos y pernos, trabajando solos o combinados con otros elementos, como son las placas, angulares, abrazaderas, anillos partidos o dentados y otros accesorios. Estos elementos deben de ser de acero de grado estructural y tener tratamiento anticorrosivo especialmente cuando se usen en condiciones ambientales desfavorables. Uniones con Clavos Los clavos solo podrán utilizarse como elementos de unión en viviendas económicas, estructuras provisionales, elementos no estructurales y/o en estructuras donde el espesor de las piezas de madera a unir, no exceda las 2”. Es importante tener en cuenta la distancia de penetración del clavo en función de los elementos que se vayan a unir. La separación mínima entre 2 clavos cercanos debe de ser:  8D entre hileras de clavos paralelas a las fibras  5D de los bordes  20D de los extremos  10D entre clavos adyacentes en la dirección de las fibras

Esta no es recomendable en estructuras MENDOZA TARQUI ELVING FRANZ

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Uniones con Tornillos En las uniones con tornillos rosca madera, la longitud de un tornillo deberá ser tal que la mitad a un tercio penetre en el elemento principal de la unión. Los tornillos a utilizar en las uniones de madera deben ser introducidos en la misma con la ayuda de agujeros guía previamente taladrados. TORNILLO DE ROSCA PARA MADERA

Los espaciamientos mínimos para tornillos insertados perpendicularmente a las fibras serán:  3D entre hileras de tornillos paralelas a las fibras  5D de los bordes  10D de los extremos  10D entre tornillos adyacentes en la dirección a las fibras  Uniones con Pernos Las uniones con pernos deberán realizarse de manera que exista contacto efectivo entre las piezas. Los agujeros para alojar los pernos deberán taladrarse de manera que su diámetro no exceda al del perno en más de 1.6mm. En estas uniones la carga admisible de los elementos de madera deberá calcularse con la sección neta Resultante de restar del área total el área correspondiente a los taladros. Los pernos deberán ser de acero de grado estructural, con esfuerzos no menores a 2530 kg/cm². Estos deberán emplearse con arandelas en ambos extremos del perno con un diámetro mínimo igual a 3 veces el diámetro del perno y un espesor de 0.25 veces el diámetro del perno. Los espaciamientos mínimos serán los que se especifican a continuación, se deberá comprobar que se dispone de espacio suficiente para alojar las arandelas: MENDOZA TARQUI ELVING FRANZ

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Cuando las fuerzas actúan en la dirección de las fibras:     

2D entre hileras de pernos paralelas a las fibras 4D entre pernos adyacentes en la dirección de las fibras 1.5D de los extremos 7D del extremo cargado 4D del extremo no cargado

Cuando las fuerzas actúan perpendicularmente a la dirección de las fibras:       

4D entre pernos adyacentes en la dirección de las fibras 4D del borde cargado 1.5D del borde no cargado 4D de los extremos 5D entre hileras de pernos, para t/D>6 2.5D entre hileras de pernos, para t/D=2 Interpolar entre los 2 últimos valores, para (2
Conclusiones

La importancia de la madera como material de construcción ha trascendido a tal punto que las estructuras construidas más que por la estética la solicitan por funcionalidad ya que han demostrado que pueden satisfacer las necesidades estructurales del ser humano. En este trabajo tratamos aspectos de la madera basados en conceptos generales de diseño de este tipo de estructuras, entre los cuales están: tipo de sistema estructural, tipo de fundaciones empleadas. MENDOZA TARQUI ELVING FRANZ

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Con esto hemos podido llegar a la conclusión de que las estructuras de madera, con la debida orientación apoyándose en las fuentes necesarias para cumplir con la funcionalidad y la estética que requiere.

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