Madera Estructural 21641h

INTRODUCCIÓN El hombre buscó refugiarse de la intemperie al salir de sus cuevas y desde esa época usó madera, la misma que hoy se reconoce como material primordial en la construcción habitacional que incluye desde las casas de troncos y tablas, donde se utilizaban técnicas muy elementales, hasta las modernas construcciones como grandes edificaciones para apartamentos y casas de recreo, de gran calidad, riqueza tecnológica y diseño arquitectónico. La madera, como recurso natural renovable, ofrece grandes ventajas ambientales favoreciendo procesos de soporte al ecosistema y brindando enormes garantías como materia prima de alto potencial físico, mecánico y estético para la construcción Es tal vez el material más antiguo en construcción, sus excelentes resultados y aplicaciones se contemplan en obras arquitectónicas de gran belleza en Europa, Estados Unidos y algunos países de América Latina; sin embargo en Colombia, donde el recurso forestal abunda y la calidad de las maderas es garantía para aplicaciones estructurales, los prejuicios y temores han limitado su uso de manera injusta. Todas y cada una de las soluciones desarrolladas por el hombre para asegurar el buen comportamiento de la madera en construcción, de acuerdo a la experiencia, arrojan los mejores resultados y por eso desconocer las ventajas del material parece insensato. El norte apunta entonces a explorar posibilidades y cambiar la óptica para aprovechar realmente el recurso. La madera ha sido usada permanentemente en la construcción a lo largo de la historia de la humanidad, ya sea como materia prima principal en la edificación o como material para acabados, su belleza y funcionalidad son irremplazables

LA MADERA La madera proviene de los árboles. Este es el hecho más importante a tener presente para entender su naturaleza. El origen de las cualidades o defectos que posee pueden determinarse a partir del árbol de donde proviene. La madera tiene una compleja estructura natural, diseñada para servir a las necesidades funcionales de un árbol en vida, más que ser un material diseñado para satisfacer necesidades de carpinteros. El conocimiento sobre la naturaleza de la madera, características y comportamiento, es necesario para establecer y efectuar un buen uso de este material. La madera es uno de los elementos constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado para la construcción de sus viviendas y otras edificaciones. Pero para lograr un resultado excelente en su trabajabilidad hay que tener presente ciertos aspectos relacionados con la forma de corte, curado y secado. En este aspecto radica la importancia de que exista información adecuada y estructurada a los actuales requerimientos, ya que permite a los profesionales que intervienen en el diseño, cálculo y ejecución de construcciones en madera, realizar una acertada gestión y correcta utilización del material, con el objeto de cumplir altos estándares de calidad y bienestar, a precios convenientes en el mercado de la vivienda. PROPIEDADES FÍSICAS. Las propiedades principales de la madera son resistencia, dureza, rigidez y densidad. Ésta última suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La resistencia

engloba varias propiedades diferentes; una madera muy resistente en un aspecto no tiene por qué serlo en otros. Además la resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; por eso las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan así. La madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos superior, con relación a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a la tracción y moderada resistencia a la cizalladura.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA

Cuando hablamos de las propiedades mecánicas de la madera, tenemos que hacer hincapié en su constitución anatómica. La madera es un material anisótropo formado por tubos huecos con una estructura ideal para resistir tensiones paralelas a la fibra. La madera tiene una muy elevada resistencia a la flexión. La relación resistencia/peso propio es 1.3 veces superior al acero y 10 veces superior al hormigón. La resistencia a la tracción y compresión paralelas a la fibra es buena en la madera. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela a la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular.

FLEXIÓN

TRACCIÓN

COMP

PARALELA

PERPÈND.

PARALELA

PERPPEN

1,5

110

28

CORTAN

MÓDULO

TE

ELASTICIDAD

12

110000

Madera

120

120

Hormigón

80

6

80

6

200000

Acero

1700

1700

1700

1000

2100000

DE

Elasticidad – Deformabilidad de la madera, bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura. Este módulo dependerá de la clase de madera, del contenido de humedad, del tipo y naturaleza de las acciones, de la dirección de aplicación de los esfuerzos y de la duración de los mismos. El valor del módulo de elasticidad E en el sentido transversal ALGUNOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN A LA MADERA Los ensayos se realizan en dos estados de contenido de humedad, uno con probetas de humedad superior al 30% (estado verde), y el segundo con probetas de humedad 12% (estado seco al aire).

COMPRESIÓN PARALELA A LAS FIBRAS Es la resistencia de la madera a una carga en dirección paralela a las fibras, la que se realiza en columnas cortas para determinar la tensión de rotura, tensión en el límite de proporcionalidad y módulo de elasticidad.

Esquema de ensayo de compresión paralela a las fibras

COMPRESIÓN NORMAL A LAS FIBRAS Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una cara radial, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad y tensión máxima. Esquema de ensayo de compresión normal a las fibras.

FLEXIÓN ESTÁTICA Es la resistencia de la viga a una carga puntual, aplicada en el centro de la luz, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad, tensión de rotura y el módulo de elasticidad.

Esquema de ensayo de la flexión estática

ESTRUCTURA DE MADERA

Las estructuras de entramados de madera están conformadas por elementos de madera entrelazados entre sí. Su armado requiere el cuidadoso ensamble de piezas de madera en ángulos de lo más diversos. En la mayoría de los casos la resolución adecuada de estas uniones caracteriza la calidad de la construcción. Cada forma de unión corresponde a ciertas exigencias específicas. Se pueden diferenciar las uniones a nivel del entrepiso; de la cubierta, con las fundaciones, con los elementos arriostrantes, etc. En muchos casos la buena resolución del encuentro entre piezas da un sello propio a la estructura. En la mueblería generalmente las uniones se resuelven ensamblando madera con madera, utilizando colas para fijarlas entre sí. En la construcción esto sólo es posible en uniones que transmiten esfuerzos a la compresión. Debemos aclarar que el concepto de construcción en madera sin herrajes y casi artesanal, no es incorrecto, pero desde el punto de vista estructural, no hay comparación con la solidez y seguridad que brindan los herrajes bien diseñados y correctamente ejecutados. La mayoría de las uniones estructurales deben ser resueltas empleando herrajes metálicos o conectores especiales. Según la relación de esfuerzos entre las piezas deberá elegirse el sistema más adecuado, cuidando que las dimensiones de los elementos de transmisión, generalmente metálicos, estén en una relación adecuada a la sección de los elementos de madera. En muchos casos, especialmente en el sistema de columna y viga, estas uniones quedan a la vista y van formando parte del espacio construido. Estos elementos no pasan desapercibidos; además de resolver un problema técnico deben ser pensados como un elemento más del diseño arquitectónico o como detalle decorativo.

ENTRAMADOS DE MADERA Se llama entramado a la disposición de piezas estructurales de madera que se combinan en diversas posiciones formando una trama. Los entramados de madera, constituyen una técnica de uso muy frecuente y extendido que permite aligerar las fábricas de los edificios, especialmente en aquellas plantas que su situación y características lo hacen

posible. Con el empleo de la madera se puede apoyar en la cimentación, motivo que hace de éste proceso una causa simple y económicamente rentable.

Las casas con una planta baja de mampostería o tapial y otra

entramada, con cerramientos de piedra, ladrillo u hormigón, son comúnmente resueltas con este tipo de estructuras. Solución que se encuentra en un amplio porcentaje de los edificios populares de países en vías de desarrollo, o de bajos recursos generalmente. La madera sin embargo tiene la desventaja que es muy vulnerable a los efectos del agua o el fuego, es difícil de cuidar si se habla de diseño, sea en interiores o exteriores. Tipos de entramado:  Entramado horizontales  Entramado Verticales Entramado Horizontales:

Entramado horizontal sobre una fundación aislada, conformado por un conjunto de vigas (principales y secundarias) dispuestas en forma ortogonal.

Estas estructuras reciben las cargas conformadas por el peso propio de los materiales que lo constituyen, las sobrecargas permanentes y de uso, y los esfuerzos laterales como vientos y sismos. Todas ellas son transmitidas al terreno a través de las fundaciones continuas o aisladas o a los tabiques soportantes que las transmiten a su vez al piso inferior (plataforma de entrepiso). Además del piso y entrepiso, otro entramado horizontal lo constituye el cielo, que recibe las cargas del peso propio de los materiales que lo conforman y su solución de revestimiento.

Capacidad de transmisión de los esfuerzos laterales:

Los entramados horizontales absorben las cargas permanentes, variables y las fuerzas laterales transmitiéndolas a las estructuras soportantes

tales como: tabiques, vigas principales, pilares y finalmente al terreno; en este caso, a través de la solución de fundaciones aisladas. Los entramados horizontales se pueden clasificar según: • Función • Capacidad de transmisión de los esfuerzos laterales

Según su función: 1. Entramados de piso: Plataforma de madera que absorbe las cargas del peso propio y de uso (permanente y transitorio), transmitiéndolas a la fundación (aislada o continua).

2. Entramado de entrepiso: Plataforma de madera del segundo nivel que absorbe las cargas del peso propio y de uso (permanente y transitorio), transmitiéndolas a los tabiques de paredes soportantes, vigas maestras o dinteles. 3. Entramado de cielo: Estructura que absorbe las cargas de su peso propio y de la solución del cielo, transmitiéndola a los tabiques soportantes. Cada una de estas estructuras tiene su propio diseño específico según cálculo, con las dimensiones y escuadrías correspondientes.

Según capacidad de transmisión:

1. Entramados flexibles: Tienen la característica de adaptarse a la estructura soportante, pero no en la recepción de esfuerzos horizontales. En el caso de zonas de vientos y/o sismos, la estructura soportante vertical debe estar diseñada para resistir todas las solicitaciones estáticas y esfuerzos dinámicos, incluyendo los que aporten los entramados horizontales con sus sobrecargas. Esta última razón, requiere una distribución acuciosa de los tabiques soportantes y resistentes a las acciones horizontales, exigiendo en la mayoría de las soluciones un aumento en el número de tabiques soportantes, con sistemas de unión flexible con los entramados horizontales, lo que limita la mayoría de las veces el proyecto de arquitectura. 2. Entramados semi-rígidos: El entramado está diseñado para colaborar con las demás estructuras, y conformado por una placa rígida que transmite los esfuerzos horizontales a los tabiques soportantes, pilares y columnas que conforman pórticos. Este tipo de entramados semi-rígidos son los que se usan generalmente en las viviendas de estructuras de madera de luces menores, a diferencia del entramado rígido que se logra a través de una losa de hormigón armado. COMPONENTES DE UN ENTRAMADO SEMI RÍGIDO Los elementos estructurales que conforman un entramado de piso y entrepiso son: • Vigas • Cadenetas o crucetas • Riostras

Vigas:

Elementos estructurales lineales (horizontales o inclinados), que salvan luces y que son solicitados por reacciones tales como: peso propio, sobrecargas de uso, viento, y montaje, entre otros. Trabajan principalmente en flexión y corte. Un conjunto de vigas es lo que conforma básicamente la plataforma de piso o entrepiso.

Vigas que conforman el entramado de entrepiso.

Vigas que conforman el entramado de piso en fundación aislada sobre pilotes de madera. Cadenetas: Elementos que se ubican entre las vigas, permitiendo repartir las cargas y sobrecargas. Evitan las deformaciones laterales, volcamientos y posibles alabeos de las mismas. Permiten además materializar un apoyo sólido para los tableros orientados ortogonalmente a la dirección de las vigas. Se distinguen dos tipos de cadenetas: a) Cadenetas propiamente tales b) Crucetas Cadenetas propiamente tales Elementos rectos de similares secciones a las vigas, que se disponen en forma ortogonal a éstas.

Cadenetas propiamente tales

Crucetas: Elementos rectos que se disponen en forma diagonal entre las vigas y que desempeñan la misma función de las cadenetas. Ofrecen la ventaja de mantener ventiladas las vigas y la trascara de bases y revestimientos de piso.

Crucetas (Cruz de San Andrés)

SISTEMAS ARRIOSTRANTES Conjunto de elementos que colaboran en la rigidización de la estructura de la plataforma; pueden ser de diferentes formas y materiales. Las riostras que se pueden usar son: • Riostras con piezas de madera • Tableros estructurales Riostras con piezas de madera: Piezas diagonales de dimensiones similares a la sección de las vigas, dispuestas entre éstas y las cadenetas. Para su colocación, una vez afianzadas las cadenetas es conveniente realizarla desde arriba, o sea, desde el borde superior, enfrentando las diagonales contiguas.

Las diagonales se ubican en la plataforma, de preferencia en el perímetro, permitiendo asegurar una buena transmisión de 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. El uso de herramientas como martillo neumático y taladro con extensión para atornillar resulta de gran efectividad.

Instalación de los tableros como riostras y base de plataforma del primer piso en forma alternada y perpendicular a las vigas secundarias.

EMPALMES Y CONEXIONES DE LAS PIEZAS ESTRUCTURALES QUE CONFORMAN UNA PLATAFORMA DE MADERA Las uniones entre piezas que conforman una plataforma de piso o entrepiso deben formar estructuras sólidas, que al ser solicitadas por los diferentes esfuerzos internos o externos, respondan solidariamente como un todo integrado, al igual que las uniones necesarias de estas estructuras a los entramados o elementos verticales (pilar o columna).

Empalmes de vigas La necesidad de unir dos vigas longitudinalmente, que permita alcanzar o cubrir una luz necesaria, debe ser estudiada de manera que los empalmes se produzcan en apoyos intermedios sobre tabiques u otras vigas. Estos empalmes pueden ser traslapados, de tope o ensamblados, cuyas soluciones definitivas deben ser previamente calculadas. PAGINA 188 La Construcción de Viviendas en Madera

Tipos de empalmes para vigas De traslape: Este tipo de empalme, 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, dando como resultado un desfase en las juntas de tableros del piso o entrepiso.

De tope: Empalme que se privilegia normalmente cuando la posición de las vigas sirve, además de modulación, para tableros de piso o placas de cielo, obteniendo una línea de clavado recto. En este caso el empalme requiere de elementos adicionales de madera o metálicos en la unión.

Las uniones con placas metálicas dentadas se pueden usar sólo en componentes

constructivos,

solicitados

predominantemente

por

cargas

estáticas. La CONEXIONES DE VIGAS Los encuentros entre vigas (en diferentes ángulos) y con otros elementos verticales como pilares o columnas, son los que se denominan conexiones. Estas son uniones que bajo el punto de vista estructural resultan de mucha importancia, por los esfuerzos de corte y momento torsor presentes en dichos nudos. Tradicionalmente estas conexiones se resolvieron mediante cortes a media madera, caja y/o espiga, las que fueron reemplazadas por el uso de pletinas de acero que se fabrican artesanalmente según necesidad. La nueva tecnología ha resuelto dichas uniones de manera más eficiente, con conectores de acero de distintas formas y diseños, fabricados industrialmente en concordancia con las escuadrías comerciales de la madera. Se encuentran en catálogos y se seleccionan según parámetros de cálculo. A continuación se muestran las conexiones de vigas:

Conector metálico que une vigueta de plataforma de terraza con pilar.

Conector fabricado con pletina de espesor 3 a 4 mm conformado por dos piezas que se unen mediante soldadura de costura, como se puede apreciar en la figura.

Conector de acero galvanizado, el cual incorpora perforaciones tanto triangulares como circulares, que permite resistir altas cargas cuando es fijado con clavos comunes.

ENTRAMADOS CON VIGAS ESPECIALES Se puede recurrir a variadas alternativas de viga, siendo las más comunes: • Compuestas • Laminadas • Doble T • Cajón Vigas compuestas: Normalmente se califica una pieza de madera como viga a aquella que tiene una razón entre el ancho y alto de 1:4 a 1: 5, lo que estructuralmente resulta ser la relación recomendable. La disposición de estas piezas debe ser de canto, ya que la resistencia está dada por la inercia geométrica de la sección en la viga, logrando un mejor comportamiento estructural. Su resistencia varía linealmente con el ancho y el cuadrado de la altura. Para su fabricación, normalmente en obra se debe disponer cada pieza en forma longitudinal, desplazada en no más de 1/3 de su

largo y uniendo cada pieza lateralmente con adhesivos y clavos, dispuestos estos últimos cada 15 cm en forma alternada.

Vigas laminadas: Viga llena, rectangular, conformada por piezas de madera seca de Pino radiata, seleccionada por su resistencia y apariencia, de espesores de 19 a 30 mm, unidas por sus caras mediante adhesivo Resorcinol Fenol Formaldehído, con características estructurales para uso interior o exterior. Su mayor ventaja es no tener limitantes en el alto, ancho y largo lo que se obtiene mediante uniones dentadas (finger-t). Los espesores que normalmente se comercializan son entre 90 y 185 mm, y las alturas de 342 a 988 mm. Las ventajas que se pueden destacar son: • Alta resistencia en relación a su peso. • Buen comportamiento en los ambientes salinos y frente a la acción de gases corrosivos. • En terminaciones a la vista, es de fácil teñido con tintes y barnices. • Por ser una madera de gran sección es muy resistente al fuego, teniendo una taza de carbonización de 0,6 mm/minuto. Esto permite ausencia de llama a los 15 ó 20 mm (por falta de oxígeno) permitiendo asegurar sus propiedades resistentes.

• Compatibilidad con otros materiales en estructuras mixtas. • Fácil montaje por ser un elemento liviano. • Bajo coeficiente de dilatación por temperatura. • Bajo costo de mantención si queda a la vista.

Viga laminada compuesta por 8 piezas (en la altura) de madera seleccionada cepillada

Vigas doble T: Las vigas doble T están formadas por un cordón superior y otro inferior de madera aserrada, con uniones dentadas o de madera laminada y por un alma central que proporciona la altura, elaborada por un entablado doble en diagonal, por placa de hebras orientadas (OSB) o por contrachapado fenólico. Todas estas piezas las fabrican empresas especializadas.

Vigas de cajón: Vigas formadas por un cordón superior y otro inferior de madera aserrada con uniones dentadas o madera laminada, con revestimientos laterales a ambos lados de madera aserrada en diagonal o también con placa de hebras orientadas OSB o contrachapado fenólico. En su interior y en los extremos se ubican montantes verticales de madera que colaboran a resistir los esfuerzos de corte y a rigidizar las tapas laterales a distancias modulares.

El material más utilizado en las vigas cajón como recubrimientos laterales es el contrachapado, por su alta resistencia

ENTRAMADOS VERTICALES

Clasificación según su ubicación: Tabiques soportantes perimetrales Son aquellos que conforman todo el perímetro exterior en forma continua y cerrada con una de sus caras expuestas a la intemperie y son parte de la estructura resistente de la vivienda.

Primer piso de una vivienda con sus muros perimetrales alzados (tabiques soportantes).

Tabiques soportantes interiores Son aquellos que están diseñados para resistir cargas en el interior de la vivienda provenientes desde niveles superiores, y al mismo tiempo, la transmisión de esfuerzos horizontales producidos por sismo o viento y son parte de la estructura resistente.

Encuentro de un tabique soportante interior con tabique soportante perimetral.

COMPONENTES DE LOS ENTRAMADOS VERTICALES Los tabiques están conformados por un conjunto de piezas que cumplen funciones específicas. Componentes principales: Son aquellos utilizados para estructurar el elemento completo en su fase de armado o prefabricación. Las piezas principales que conforman los tabiques son:

1 Solera inferior 2 Pie derecho 3 Solera superior 4

Transversal

(cadeneta) 5 Jamba 6 Dintel 7 Alféizar 8 Puntal de dintel 9 Muchacho

cortafuego

Componentes secundarios: Son aquellos que permiten anclar y fijar los tabiques, tanto inferior como superiormente. Se diferencian de las piezas principales en que éstas son incorporadas a la estructura en la fase de montaje o alzado de los tabiques. Solera de montaje Pieza horizontal de igual escuadría que la solera inferior del tabique. Se especifica cuando a la plataforma de hormigón o madera se le incorpora una sobrelosa de hormigón liviano, de 40 a 50 mm de espesor. Sobre esta pieza se alzan y anclan los tabiques que conforman la vivienda.

Solera de montaje que se ancla a la plataforma sobre la cual se alzará el tabique.

Solera de amarre Pieza horizontal de igual escuadría que las principales (también llamada sobresolera), que cumple la función de amarrar los tabiques en su parte superior. La fijación de la solera de amarre a la solera superior se ejecuta por medio de uniones clavadas, alternadas cada 15 cm

Solera de amarre o sobresolera que une un muro perimetral con un tabique interior.

Cornijal Pieza de sección cuadrada que se utiliza en encuentros entre tabiques de tipo esquina. Las caras de estos elementos deben ser igual al ancho de piezas primarias y secundarias. La finalidad de esta pieza es aportar mayor capacidad de soporte y, al mismo tiempo, entregar una mayor superficie de clavado.

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE LOS TABIQUES Los tabiques soportantes son los principales elementos de la estructura resistente de la vivienda. Sus componentes son encargados de transmitir las cargas estáticas y dinámicas que afectan la edificación. Por tal razón, debe realizarse una cuantificación del tipo y magnitud de las solicitaciones permanentes y eventuales, de modo que una vez en servicio, los tabiques soporten y cumplan con la función para la cual fueron diseñados. Para lograr este objetivo, los tabiques soportantes requieren la incorporación de piezas o componentes arriostrantes, ya que sin ellos no presentarían resistencia a la tracción o a la deformación lateral, producto de la acción de cargas dinámicas.

Tradicionalmente, dicha condición ha sido resuelta incorporando piezas inclinadas de madera (diagonales estructurales), de distinta o igual escuadría que el resto de los componentes dentro de los planos paralelos del tabique. Otra posibilidad es la utilización de tensores o arriostramientos en perfiles de acero. Las alternativas de solución son: Diagonal estructural Pieza de madera de escuadría igual al resto de los componentes del tabique, colocada en forma diagonal (ángulo de 45° ±15°) y en corte a media madera, con respecto a los pie derecho que componen el elemento. Se debe tener presente que, por cada diagonal puesta en una dirección, debe existir otra contrapuesta en el mismo plano. La gran desventaja que presenta esta alternativa es la necesidad de incorporar al interior del tabique un mayor número de transversales cortafuego (un mínimo de dos filas de cadenetas) para evitar el pandeo lateral de la diagonal estructural ante esfuerzos horizontales. Tableros estructurales Durante la última década, la utilización de diagonales estructurales y tensores metálicos ha sido cada vez menor, a raíz de la incorporación de tableros contrachapados (terciados) y tableros de hebras orientadas (OSB, Oriented Strand Board), como principal componente arriostrante de tabiques soportantes en estructuras de madera. Estos presentan una serie de ventajas con respecto de las soluciones descritas, ya que como resultado se obtiene: • Mayor eficacia estructural. • Mayor rendimiento y economía en la fabricación. • Una vez armado, el muro no presenta piezas mecánicamente debilitadas por uniones de corte a media madera entre los pie derecho y la diagonal estructural. • Los muros arriostrados con este tipo de tableros han demostrado un mejor comportamiento al sismo.

• Potencia el diseño de arquitectura, tanto en la proyección de superficies, como en vanos de puertas y ventanas. • Al no utilizar diagonales estructurales, se requiere la incorporación de sólo una fila central o intermedia de transversales cortafuego. • Se requiere un menor volumen de madera incorporada al tabique. • Se realiza un menor número de cortes de piezas y clavado de nudos por unidad de superficie. • Se logra una mayor eficiencia en la utilización de horas hombre durante la fabricación. TECHOS DE MADERA Se entiende por techo toda estructura de una edificación ubicada sobre el cielo del último piso, cuya función es recibir un recubrimiento para aislar a la vivienda del medio ambiente, protegiéndola del frío, calor, viento, lluvia. Al analizar el techo, se debe distinguir dos áreas: una vinculada a la arquitectura (aguas o vertientes y encuentros de techos) y otra a la estructuración (tijeral). Las aguas son superficies planas e inclinadas, encargadas de recibir la lluvia

Los encuentros de techos también quedarán definidos por el diseño de planta del primer y segundo nivel de la vivienda, dando origen a una diversidad de formas, siendo las más utilizadas las rectangulares H, L, T o U. Rectangular

Encuentro en H

Encuentro en L

Encuentro en T

SOLUCIÓN DE LA ESTRUCTURA DE MADERA CON CERCHAS

Esta solución entrega una estructura cuya unidad planimétrica básica es el triángulo (figura geométrica indeformable), que en una o múltiples combinaciones conformará la cercha. La cercha es de fácil y rápida confección, puede ser prefabricada o armada a pie de obra y su diseño le permite salvar grandes luces. El tamaño no está 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 interiores. Tipos de cerchas y su clasificación Existen distintos tipos de cerchas, pudiendo clasificarse por su forma, distribución de las piezas interiores, sección, materiales que la conforman y por el tipo de unión a emplear. A continuación se describen los tipos de cerchas, analizando el ejemplo más representativo en cada caso.

a) Por forma: se refiere a la figura geométrica que representan los elementos envolventes, existiendo, las de forma triangular, trapezoidal y parabólica, entre otras. • Triangular: Es la más utilizada y permite salvar todo tipo de luces. Normalmente está constituida por elementos aserrados, pero en luces mayores se hace recomendable emplear elementos laminados, en especial para los pares, evitando tener que solucionar con herrajes especiales los empalmes de tope en piezas. Su pendiente va generalmente entre los 12º a 45º. Si tiene una pendiente mayor genera gran altura interior de difícil aprovechamiento, se aumenta la tendencia al volcamiento y se deben aumentar las secciones de las piezas que trabajen a la compresión para evitar el pandeo. El tener una fuerte pendiente (30° a 60° con respecto a un plano horizontal), permite un escurrimiento rápido de las aguas lluvias y/o nieve, apropiado para climas lluviosos. • Tijera: Se caracteriza por tener tanto su cordón inferior como superior inclinados, fluctuando el ángulo del par superior entre los 15º y 35º. La ventaja de este tipo de estructura es que se logra una mayor altura en la parte central del espacio que cubre. • Rectangular: Generalmente se le conoce con el nombre de viga armada o de celosía. Puede salvar luces desde los 7 hasta los 30 m. Se emplea como estructura de techos, entrepiso y arriostramiento longitudinal. • Curva: Esta cercha debe su nombre a que el cordón superior es curvo, característica que estáticamente las hace muy adecuadas en caso de cargas uniformemente repartidas, ya que las cargas inducen esfuerzos pequeños en las barras. Su uso se justifica a partir de luces de 20 m, pudiendo llegar a salvar luces superiores a 60 m si se usa madera laminada

Triangular

Tijera

Rectangular

Trapezoidal

Parabólica

Curva

Diente de sierra

b) Por distribución de las piezas: están asociadas a nombres particulares como cercha Howe, Pratt, Warren, Fink, entre otras. • Howe: Está compuesta por montantes que trabajan a la tracción y diagonales que lo hacen a la compresión. Es apta para ser trabajada en un mismo material

howe

Pratt: Consta de montantes verticales que trabajan a la compresión y diagonales a la tracción. Los elementos diagonales encargados de resistir el esfuerzo de tracción son más largos que los sometidos a la compresión. Se recomienda su uso para pendientes entre 25° y 45° y luces de hasta 30 m.

Pratt

Fink: Es la más usada para viviendas o estructuras livianas. Permite salvar luces de entre 12 a 18 m siempre que la pendiente sea superior a 45°.

Fink

c) Por sus secciones: se hace referencia a la posibilidad de duplicar o triplicar los pares, pendolones, diagonales o montantes. • Simple: pares, diagonales y cuerda van en un mismo plano. Esto las hace fácil de armar y la solución en la unión de los nudos se debe efectuar por medio de tableros estructurales contrachapados, acero, placas perforadas o dentadas.

Cercha simple • Compuesta: tiene la particularidad de tener piezas adecuadamente interconectadas para funcionar como una unidad. El hecho de tener elementos dobles o triples da mayor rigidez y facilita la solución de nudos al coincidir los ejes neutros de los distintos elementos. Su unión se realiza por medio de clavos, pernos, pasadores o conectores, así como elementos mecánicos de unión.

Cercha compuesta condiagonales dobles

Cercha compuesta con pares y tirantes dobles

ESCALERAS DE MADERA

La escalera de una vivienda, en general, es la estructura utilizada para comunicar sus distintos niveles, conformada principalmente por una serie de escalones dispuestos en un plano inclinado, diseñados y estructurados convenientemente para dicho fin.

COMPONENTES QUE CONFORMAN UNA ESCALERA DE MADERA

Vista isométrica de los componentes de una escalera de madera.

Se estructuran en base a los siguientes componentes básicos: Escalón o peldaño Corresponde a cada uno de los sub-niveles o gradas que conforman la escalera, los cuales permiten acceder a uno

o más recintos en un nivel

superior o inferior de la vivienda. Contrahuella Componente vertical de cada peldaño o escalón, corresponde a la altura neta entre dos huellas sucesivas. Al igual que la huella, puede ser especificado utilizando como componente de terminación algunos de los materiales anteriormente descritos, o la otra alternativa es que no se materialice la contrahuella, dejando el espacio libre.

Limón También llamado larguero o zanca, corresponde a una o más vigas estructurales, en las cuales se apoyan las huellas y contrahuellas de la escala. Limón a zanca abierta También se le denomina limón, travesaño o zanca a la inglesa. En este caso, los bordes de huellas y contrahuellas se apoyan por encima de la viga que conforma el limón. Este tipo de limón puede fabricarse en piezas de madera aserrada seca o cepillada de 2” x 8” ó 2” x 10”. También pueden utilizarse, en algunos casos, vigas de madera laminada encolada, especialmente cuando por requerimientos estructurales o estéticos, debe aumentarse la sección del elemento a dimensiones mayores de espesor y ancho.

Limón a zanca cerrada También se denomina zanca a la sa. Corresponde al caso en que huella y contrahuella se fijan en forma lateral a las zancas. Cuando las gradas de la escalera se apoyan lateralmente a los limones, es decir, en las paredes internas, pueden emplearse soportes metálicos en ángulo, especialmente diseñados para este tipo de fijación, y al mismo tiempo realizar un rebaje acanalado por la cara interna (no a la vista) de los largueros.

Huella en zanca cerrada con rebaje acanalado

Huella en zanca cerrada con apoyo lateral

Esquema general de la estructuración de una escalera en la cual se incluyen los componentes auxiliares en los tabiques para la fijación de las zancas y posteriormente los revestimientos.

PUENTES DE MADERA

Los puentes de madera son más fáciles y más rápidos de construir que los de piedra, y han resultado siempre más económicos; por ello, los primeros que construyó el hombre fueron de madera, y a lo largo de la Historia se han construido innumerables puentes de este material, muchos más que de piedra.

Los puentes de madera han planteado siempre problemas de durabilidad y por ello se han considerado siempre de una categoría inferior que los de piedra; generalmente se les ha dado carácter de obra provisional; se aspiraba a sustituirlos por uno de piedra en cuanto hubiera dinero para ello. Los dos problemas básicos de durabilidad de los puentes de madera son los siguientes: a) En primer lugar el propio material, que se deteriora con el paso del tiempo si no se cuida especialmente. b) En segundo lugar su vulnerabilidad al efecto de las avenidas de los ríos. Cada avenida extraordinaria se llevaba muchos puentes de madera, y por ello siempre ha habido una clara consciencia de su debilidad frente a las acciones destructivas del propio río. Los puentes de madera fueron los primeros que se utilizaron, aunque de ellos, como de todas las primeras construcciones de este material, no queda rastro. Un tronco sobre el río se puede considerar un puente frontera entre lo natural y lo artificial. En unos casos puede ser natural, porque un árbol, al caerse, puede quedar sobre el río; en otros los tendió el hombre para poder pasar sobre él, lo que probablemente aprendió al ver los que había tendido la naturaleza. Del tronco aislado, se pasó al tablero de varios troncos adosados; es el puente de vigas simplemente apoyadas. Posteriormente se hicieron pórticos de jabalcones, arcos de madera, y vigas trianguladas. Hoy en día se siguen construyendo

pasarelas

de

madera,

aunque

solamente

en

casos

excepcionales, porque resultan más caras que las metálicas o las de hormigón que son los materiales que se utilizan normalmente hoy en día para hacer puentes. De los puentes históricos de madera quedan muy pocos en pie; salvo en determinadas regiones, como pueden ser los Alpes, se consideraban de segunda clase. El puente por excelencia era el de piedra; el de madera ha sido siempre muy vulnerable a causa de los incendios, de su degradación y de las avenidas de los ríos. Sin embargo, hasta muy avanzado el siglo XIX que se

impusieron los puentes metálicos, la mayoría de los puentes eran de madera. Muchos de ellos se construían con idea de provisionalidad, se trataba de sustituirlos por puentes de piedra en cuanto era posible. El puente Emilio sobre el

Tíber

en

Roma,

fue

primero

de

madera

y

luego

de

piedra.

Con arcos de madera, llegaron los hermanos Grubenmann en el s. XVIII a una luz de 67 m en el puente de Reichenau, y a principios del s. XIX se construyeron tres puentes de más de 100 m de luz, el mayor de ellos fue el de Mc Calss Ferry sobre el río Susquehanna de 110. Este puente fue el de mayor luz del mundo hasta que lo superó en 1820 el Union Bridge, un puente colgante de 137 m de luz. Vigas trianguladas de madera se hicieron muchas en los primeros puentes de ferrocarril, posteriormente vigas mixtas de madera y hierro, y a mediados del s. XIX prácticamente desaparecieron.

Puentes de madera

Puentes vehiculares

La tipología constructiva suele ser sencilla y su uso restringido debido a las grandes secciones que se precisan en las vigas principales. • La estructura principal está formada por vigas rectas biapoyadas, de sección constante y su número dependerá de la anchura del tablero y de las sobrecargas requeridas por cada proyecto. • Los elementos estructurales secundarios serán viguetas transversales arriostradas con otras dispuestas en diagonal. Sobre éstas, se disponen correas longitudinales soportarán el entablado del suelo.

Pasarelas peatonales, hasta 10 metros de luz.

Estructuras resueltas vigas rectas

con

Estructuras resueltas vigas curvas

con

• Son resueltas habitualmente con vigas laminadas rectas o curvas. • La estructura la forman las propias vigas y un entramado de montantes y diagonales que funcionan como viga celosía a cortaviento en el plano horizontal. • El entablado del suelo esta formado por tarima ranurada.

Pasarelas peatonales, entre 10 y 20 metros de luz.

Estructuras resueltas vigas rectas

con

Estructuras resueltas con arcos triarticulados.

Estructuras resueltas vigas curvas

con

Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados.

Estructuras resueltas con vigas celosía.

• Las vigas laminadas principales suelen ser rectas, curvas o arcos, pudiendo aparecer estructuras con arcos portantes (en las que el tablero deja de ser un elemento resistente, transmitiendo esfuerzos por medio de tirantes a los arcos) o incluso celosías. • La estructura interna se resuelve también con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo. • La tipología de los herrajes varía en función del tipo de apoyo o articulación contemplado en el cálculo.

Pasarelas peatonales, entre 20 y 40 metros de luz.

Estructuras resueltas con arcos portantes biapoyados y pilares de madera.

Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados y péndolas métálicas.

Estructuras resueltas con arcos triarticulados y péndolas metálicas.

portantes

inclinados

• En grandes luces se utilizan como tipología fundamental arcos portantes a los

que se fijan tirantes de madera o péndolas metálicas transmitiendo a éstos las cargas del tablero. • Con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo resolvemos el resto de la pasarela. Los herrajes de apoyo suelen ser articulaciones. • Dadas las dimensiones totales que dificultan el transporte y la colocación en obra es frecuente realizar enlaces rígidos o articulados en las vigas del tablero y los arcos.

CONCLUSION:

La madera es, uno de los elementos constructivos más importantes, más utilizados y económicos dentro de la construcción. Conforman parte importante de la arquitectura antigua, desde catedrales, hasta vigas de madera en los techos de haciendas. En los países desarrollados como España las construcciones de madera avanzan lentamente gracias a las nuevas tecnologías de tratamiento de la madera.

Limitada por una serie de prejuicios, la arquitectura en madera todavía está poco desarrollada. Pese a lo que dicen sus detractores, se trata de un material muy seguro que casi no requiere mantenimiento. Las estructuras de madera son mucho más resistentes al fuego que las de acero. Y existe una gran

cantidad

de tratamientos que

impiden

que

se

biodegraden.

La madera también destaca por ser ecológica y por su calidad expresiva. Además es muy gratificante para los sentidos: su aroma es agradable, su textura se aprecia a nivel del tacto y visualmente, aporta calidez. Hasta el momento no se entiende la durabilidad y calidad de la madera es aún cuestionable, ya que siempre han existido elementos de madera. Cualquier vivienda de más de 80 años tendrá vigas y pies de madera.

BIBLIOGRAFIA

- Corporación chilena de la madera. Manual La Construcción de viviendas en madera - Díaz, M. (2009). Aplicaciones del uso de la madera. Esmader Galicia