Diseño de Miembros

Estructurales en MaderaBarquisimeto, Julio 2015

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE ARQUITECTURA

Alumna:

Gina Valentina Gil

CI. 21.054.906

Sistema Estructural en la Madera

La madera como recurso natural renovable es explotadaen la mayor parte de los países y usada extensivamenteen forma industrializada para la construcción deviviendas. La madera ha sido un material importantepara la construcción de edificios a través de la historiade todas las regiones del mundo.En los Estados Unidos y Canadá donde la construcción

de viviendas tiene los mismos patrones que la industriaautomovilística, la producción de viviendasunifamiliares de madera constituye el 90 % del totaledificado.Los países industrializados (EEUU, Canadá, Inglaterra,Alemania y Francia, entre otros), han utilizado desdehace muchos años la madera como material deconstrucción, bien sea sola o en combinación con otrosmateriales.

Pero a pesar de que Venezuela es un país con ampliosrecursos forestales, los sistemas constructivostradicionalmente empleados para la construcción de losprogramas habitacionales se han fundamentadoprincipalmente en el uso de materiales de construccióncomo el concreto y el acero, entre otros, por lo que en elpresente trabajo haremos una breve descripción de loselementos que conforman el sistema estructural en lamadera

Fundaciones

Para trabajar con estructuras de madera se debe considerar sus fundaciones,los elementos estructurales horizontales (envigados), verticales (tabique) y detechumbre. Luego de esto podemos pasar a desarrollar las instalaciones,Las terminaciones y las obras complementarias. En todas estas etapaspodemos utilizar la madera estructural, pero de distinta maderaLas contracciones de madera adoptan, por lo regular, dos forma: laconstrucción con marcos ligeros y la construcción con madera pesada

-la construcción de marcos ligeros de madera utiliza miembros delgados muycercanos entre si para formar muros, pisos y techosEn un sistema llamado construcción con estructura de plataforma.

- La construcción con madera pesada utiliza miembros mas grandesdispuestos con un sistema de postes y vigas. La construcción con marcos

Ligeros de madera o la construcción con madera pesada se pueden combinarcon estructuras de mampostería para obtener un incremento en laresistencia al fuego y la capacidad de carga.

Toda edificación requiere bajo el nivel naturaldel suelo, una base de sustentación permanenteencargada de recibir diferentes esfuerzos ytransmitirlos al suelo. A esta base desustentación se le denomina fundación.

El tipo de esfuerzo relevante a que se somete elsuelo es el de compresión, producto del pesopropio de la fundación, muros, entrepisos ytechumbre, más las sobrecargas de uso y lasaccidentales de diversas magnitudes y endistintas direcciones, como por ejemplosobrecargas accidentales por sismo, nieve ovientos, y esfuerzos normales no uniformestransmitidos a la fundación en estado depresiones no uniformes.

Por otra parte, la fundación aísla la edificacióndel terreno, resguardándola tanto de humedadcomo del ataque de termitas y de otrosinsectos, factores gravitantes en la pérdida deresistencia de una estructura en madera.

Es así que para diseñar y dar solución a la fundaciónadecuada, se deben considerar:• Condiciones de carga• Características del suelo

• Restricciones constructivas de la obra

La importancia fundamental de que una solución defundación sea adecuada, reside en que es la parte dela obra con menos probabilidad de ser reparada o

reforzada, en caso de falla futura.

Columnas

Las columnas de madera puedenser macizas, o de varias piezasensambladas.

Columnas macizas:Generalmente se unen al techo

mediante un ensamble a mediamadera, o en forma de U.

Columnas de piezas ensambladas:De las numerosas variantes, solo ilustramos

la mas utilizada, que consiste en dos tablasparalelas separadas por tacos de madera. Elconjunto se prensa por medio de tornillospasantes.

Este sistema se basa esencialmente en apoyar vigassobre columnas utilizando para ello diversos métodosde unión según el tipo de edificación que se trate.

Las columnas, casi siempre miembros verticalesrobustos de una sola pieza, encargadas de latransmisión de cargas al suelo o cimiento, descansaransobre una base solida o bien se encontraran hincadosen el suelo, lo que contribuye eficazmente a laestabilidad de la estructura ante las fuerzas laterales.Se colocaran guardando entre ellas separacionesvariables según el requerimiento del proyecto.

Las vigas son elementos de dimisiones mas esbeltasque las columnas, se encuentran apoyadasdirectamente sobre las columnas o sobre una vigaprincipal, formando entrepisos o la estructura de untecho.

Debido a la incertidumbre en el grado de continuidad quepuede lograrse en las uniones de las vigas y columnas, yentre estas y la cimentación, se debe contar con elementosque proveen estabilidad lateral al sistema. Esto se obtienepor medio de miembros en diagonal que formen triángulos,diagramas de madera u otros elementos adecuadamente

unidos al conjunto de vigas y columnas.

Vigas de Cargas

Teoría Fundamental

Los principios fundamentales del predimensionadode vigas lo comprende:

• Teoría de la flexión: explica las relaciones entre lasfuerzas aplicadas y la geometría del miembro

Una viga es un elemento estructural que resistecargas transversales. Generalmente, las cargas actúanen ángulo recto con respecto al eje longitudinal dela viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden aflexionarla y se dice que el elemento se encuentra aflexión. Por lo común, los apoyos de las vigas seencuentran en los extremos o cerca de ellos y lasfuerzas de apoyo hacia arriba se denominanreacciones.

estructural (análisis estructural), con elcomportamiento de su sección transversal poracción de las cargas (análisis de miembros)

Análisis Estructural

• Consiste en encontrar los efectos de las cargas en laestructura, en la forma de fuerza cortante y momentoflector

• Depende de la geometría de la estructura (forma ytamaño generales), de los tipos de apoyo y de las cargasaplicadas sobre la estructura

• Se obtienen funciones que representan las variacionesde las magnitudes (a lo largo del elemento) de la fuerzacortante y el momento flector

Análisis del miembro

• Relaciona las magnitudes de fuerza cortante ymomento flector, con los esfuerzos producidos en losdiferentes planos transversales (secciones transversales)del miembro estructural

• Depende de los valores de la fuerza cortante y elmomento flector y de las propiedades de la seccióntransversal

• Se obtienen esfuerzos variables dentro de la seccionestransversales, que deben ser resistidos por el materialque conforma el miembro estructural

es un elemento de construcción utilizado para evitarque dos elementos estructurales de otros esténseparados. La viga de amarre inferior es una columnade cemento u hormigón, y tiene como función principalla de amarrar los muros de ladrillos de manera quetrabajen solidariamente frente a las cargas laterales quepueden ser vientos o terremotos.

Otra función de la viga de amarre inferior es servir deintermediario para la unión de la estructura del techo alas paredes. La viga de amarre, como su nombre loindica, amarra las paredes de la casa y las hace másresistentes a los huracanes y terremotos. La viga deamarre tiene como función principal la de amarrar losmuros de bloques de manera que trabajensolidariamente frente a las cargas laterales que puedenser vientos o terremotos.

Viga de amarre

También la viga de amarre sirve como dintel sobre loshuecos de puertas y ventanas, por eso se le llama tambiénviga-dintel. La viga de amarre consta de 4 varillaslongitudinales de 3/8” , una en cada esquina, y aros oestribos de 3/8” separados a 30 centímetros.

La mezcla de concreto que se usa en la viga de amarre, esmás fuerte que la se usa en la zapata o en el llenado de loshuecos de los bloques, porque la viga de amarre necesitaser más resistente. El hormigón que se utiliza tiene laproporción 1:2:4, que en términos prácticos consiste enuna funda de cemento, por una carretilla de arena gruesapor dos carretillas de grava. La cantidad de agua a usar porfunda de cemento es de una lata de 5 galones.

que contendrá provisionalmente el concretohasta que éste frague o endurezca. Como laviga tiene veinte centímetros de altura, senecesitan dos tablas de 10 o 12 pulgadas acada lado.Encofrado y desencofrado

Para poder vaciar la viga de amarre, es necesario

previamente encofrarla, es decir, colocar la madera

Antes de vaciar la viga de amarre, hay que tapar loshuecos que no llevan varilla para no desperdiciar elconcreto. Esto se hace con piedras, papel o pedazosde bloques. Al vaciar la viga de amarre hay que daralgunos golpecitos con un martillo al encofrado paralograr una correcta compactación del hormigón, esdecir, evitar los vacíos o cucarachas. Además, con elmismo propósito, se puede usar una varilla parapuyar por arriba.

En el caso de la viga de amarre, se desencofraa las 24 horas del vaciado; es decir, de un díapara el otro.

las cuales estarán clavadas a la pared con clavos deacero con tiras de madera que las unan en la partesuperior para mantener la separación y evitar que lapresión del concreto las vire.

Se llama desencofrar al proceso de quitar elencofrado, una vez el concreto endurece y adquierela resistencia para sostenerse por sí mismo.

Uniones entre elementos

La mayoría de las estructuras de madera estánformadas por piezas unidas entre sí. Las unionesconstituyen puntos singulares que es necesarioestudiar con todo detalle, ya que el fallo de una de susuniones puede significar el fallo del conjunto. Lasuniones entre piezas de madera pueden clasificarseatendiendo a diversos criterios.

El diseño de una unión será más acertado cuandocumpla los tres requisitos siguientes:• Simplicidad: cuanto más sencilla sea la unión mejor

será el resultado estético y mecánico, así como sucálculo.

• Mínimo material auxiliar: cuantos menos herrajesse necesiten mejor será el comportamiento al fuegoy más limpio será su aspecto.

• Fabricación y montaje: serán preferibles lassoluciones que requieran un proceso de fabricacióny de montaje más sencillo.

Los medios de unión pueden clasificarse en los grupos siguientes:

• Uniones carpinteras• Uniones mecánicas:

• Clavijas:• Grapas• Clavos• Tirafondos• Pernos• Pasadores• Conectores:• Anillo• Placa

• Dentados • Placas clavo• Uniones encoladas

Las viviendas con estructura en madera se materializanuniendo dos o más elementos independientes queconvergen en un punto, conformando la estructurasoportante:

Punto de apoyo de vigas

Encuentro entre vigas y otros elementos

Encuentro entre pie derecho y soleras

Encuentro entre estructuras modulares

Arriostramientos

(A) pie derecho inicial (B) pie derecho intermedio.

Las soluciones para los nudos pueden ser a través de:

• uniones mecánicas: son las más ampliamente usadas enla construcción con estructura de madera.

• uniones de contacto: utilizadas para la fijación de piezascomprimidas exclusivamente.

• uniones encoladas: no se recomiendan para la prácticahabitual, ya que el concepto se aplica más bien para lafabricación de madera laminada encolada.

Son elementos metálicos, generalmente cilíndricos y deacero que se hincan, insertan o atornillan en las piezas demadera que constituyen la unión.

Fijaciones mecánicas

Uniones de cizalle simple: Cada clavoatraviesa completamente un solo madero ala vez.

Uniones de cizalle múltiple : Cadaclavo atraviesa al menos 2 maderoscompletamente.

El tornillo

Se ha generalizado el uso de pernos deanclaje para fijar la solera inferior delentramado vertical al sobrecimiento o ala viga del segundo piso.

Pernos de anclaje

Es un elemento de fijación utilizado comúnmente paraneutralizar fuerzas de donde su desempeño esmayormente superior al de los clavos corrientes o bien,para traspasar cargas menores en uniones que solicitan lostornillos a extracción lateral

Clavos

Pueden ser de vástago liso oestriado, son fabricados abase de alambre endurecido(con bajo contenido decarbono) por proceso detrefilado en frío pudiendotener terminaciones degalvanizado, barnizado opulidos.

Tirafondos

Se identifican nombrando primerosu diámetro expresado en pulgadaso fracciones de ellas.

TabiqueríaComprende los conectores o fijacionesutilizados en estos elementos para unirsus propios componentes, entre ellos ofijar estos a las fundaciones

Conectores Metálicos

Entramado de techumbre:

Considera los conectores utilizados en toda laestructura de techumbre (cerchas, vigas a la vista,costaneras y otros), tales como placas dentadas yplatos clavables, asientos de viga y ángulos, entreotros.

Otros:

En esta clasificación se agrupan lasfijaciones involucradas en lasdistintas etapas constructivas deviviendas, bodegas y construccionescon estructura de madera en general.