Clase 01_Sistemas estructurales en madera utal

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERAMauricio Ramírez Molina

Arquitecto (ICA 7620)Master of Sciences UC Louvain | Energía y Sustentabilidad

Magíster© UTFSM | Innovación Tecnológica y Emprendimiento

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERA

REQUISITOS DE UNA VIVIENDA O EDIFICIO CONTEMPORÁNEO

MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]

• Seguridad• Funcionalidad• Durabilidad• Economía• Estética• Manutención• Valor agregado• Posventa

PASOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DE UNA VIVIENDA O EDIFICIO

•Diseño arquitectónico•Diseño y cálculo estructural•Diseño y procedimiento de construcción•Diseño y cálculo de las instalaciones•Eficiencia energética y sustentabilidad ambiental•Manual de operación y mantenimiento


SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERA


ESTRUCTURAS MENORES

SISTEMA DE TABIQUE LLENO

SISTEMAS ENTRAMADOS AMERICANO

PLATAFORMA

BALOOM

POSTE Y VIGA / PILAR Y VIGA

SISTEMAS DE PLACAS


ESTRUCTURAS MAYORES

SISTEMAS PLANARES VIGAS

CERCHAS

MARCOS

ARCOS


ESTRUCTURAS MAYORES

SISTEMAS ESPACIALES LAMINARES

PLEGADOS

CÁSCARAS

BÓVEDAS

CÚPULAS

HIPERBOLAS

COLGADAS


ESTRUCTURAS MAYORES

SISTEMAS ESPACIALES DE ENTRAMADO

RETICULADOS ESPACIALES

GEODÉSICAS

LAMELAS


ESTRUCTURAS MENORES EN MADERA


SISTEMA TABIQUE LLENO

• Sistema constructivo en base a rollizos o basas.

• Expresión de pesadez y rigidez.• Estructuralmente ineficaz, debido

a la solicitación transversal de las fibras y a modo de conexión.

• Relativamente fácil de montar.• Comportamiento térmico dado

por mala conducción térmica de la madera (no es aislante ni tiene inercia térmica).

• Trabajo en los sellos y conexiones entre piezas para evitar variabilidad dimensional.


SISTEMA AMERICANO

• Desarrollado a partir el uso intensivo del clavo.

• Encuentros resueltos mediante uniones a tope, normalmente con 2 clavos de 3 ½” en todas las uniones.

• Estructura constituida por pilarización modulada a 40 o 60 cms

• Piezas constituyentes de igual ancho (45 mm) para envigados. Altura según luz y carga.

• Pilares sobre solera inferior y superior más solera de amarre.

• Cadenetas y cortafuegos cada 60 cms (evitar pandeo pilares y expansión del fuego)

• Arriostramiento mediante diagonales de madera o huinchas metálicas galvanizadas en cada eje.


SISTEMA PLATAFORMA

• Similar al americano pero con diferencias en rigidización de conjunto.

• Estructura conformada por piezas de 45 x 95 mm modulado entre 40 y 60 cms.

• Mismo módulo para entramado de piso.• Se rigidiza con planchas de contrachapado tanto

en el plano horizontal como en el vertical exterior.• Placas clavadas a 10 cms de distancia en bordes y

20 cms en piezas interiores.• En paramentos exteriores las placas se disponen

de forma horizontal, evitando junturas en todo el alto de la construcción.

• Se monta primero la placa de piso, luego los paramentos verticales. Sobre solera superior se monta la solera de amarre que recibirá la plataforma del segundo piso.

• Uso de contrachapado da gran rigidez estructural al conjunto

• Se puede remplazar el contrachapado o placa por entablado diagonal.


SISTEMA BALOOM FRAME

• Características fundamentadas en la forma del proceso de armado.

• Se levanta toda la envolvente, para luego colocar la cubierta y revestimiento exterior (realizar terminación bajo techo)

• Pies derechos de la altura total de la vivienda (1 pio o 2 pisos).

• Entramados de piso clavados lateralmente a los pies derechos y apoyados sobre viga longuitudinal.

• Arriostramiento formado por diagonales de madera, huinchas metálicas o contrachapados de sobre 12mm.

• Sistema con dificultades para prefabricación, debido al entrelazamiento de elementos soportantes.

• También es difícil encontrar largos suficientes para 2 pisos.


POSTE Y VIGA / PILAR Y VIGA

• Ambos están constituidos por elementos horizontales y verticales o inclinados conectados entre sí.

• Ambos transmiten las cargas estáticas y dinámicas desde las vigas a los pilares y luego a las fundaciones.

• La diferencias está en la forma de apoyar el elemento vertical en el cimiento, que tienen respuesta distinta a las solicitaciones estructurales.


VIGA SOBRE PILAR (DOS PISOS)

• Viga maestra va apoyada sobre pilar. Sobre ella van vigas de piso y el pilar del segundo piso (que coincide con el pilar del primer piso)

• No se debe transmitir la carga del pilar del segundo piso sobre la viga maestra, sino a refuerzos laterales que unan el pilar del primer piso con el del segundo piso.

• Pilares son más anchos que viga maestra para realizar rebajes laterales de apoyo.


VIGA CONTRA PILAR

• Vigas maestras rematan de tope al pilar. Vigas de piso rematan de tope con vigas maestras.

• Sistema que permite la prefabricación de todos los tabiques, interiores o exteriores, con una misma altura.

• Requiere herraje complejo en todas las uniones que permita la conexión de todas las piezas.

• Sistema usado para armado industrializado, que justifica inversión en herrajes por volumen.

• Envigado de piso con direcciones alternadas para asegurar igual carga sobre pilares.


DOBLE VIGA

• Pilares y vigas no se cortan en las uniones.

• Fijación entre elementos realizada con clavos o pernos, dependiendo de la luz y la carga.

• Sistema permite trabajar con vigas maestras de menor sección dada la continuidad de los elementos estructurales.

• Vigas prolongadas por sobre plomo exterior permiten balcones y voladizos.


DOBLE PILAR

• Viga va cazada entre 2 pilares.• Transmisión de cargas dada por

clavos o pernos.• Elementos estructurales no se

cortan, lo que permite pilares continuos para 2 pisos.

• Doble pilar se sobredimensiona o se usa un taco para evitar pandeo y por resistencia al fuego.

• Sistema recomendable para luces y cargas mayores que justifiquen uso de pilares dobles o cuádruples.


PLACAS

• Permite reducir el tiempo de armado de una construcción, mejora las terminaciones, fácil de industrializar.

• Sistema en base a placa con bastidor de madera y revestimientos laterales.

• Incluye aislación térmica, barrera de vapor y humedad, ventanas y puertas.

• En obra solo algunos recubrimientos y uniones entre placas.

• Diferencias dadas por uniones: listones, perfiles de aluminio, acero, pernos, etc.

• Requiere plumas o grúas.• Requiere diseño especial para sellos

aire-agua eficientes.


ESTRUCTURAS MAYORES EN MADERA


SISTEMA PLANARES

• Concebidas para cubrir mayores luces en base a uno o varios elementos lineales rectos o curvos, simple o compuestos.

• Aquí se incluyen: vigas, cerchas, marcos y arcos.

• Se pueden disponer en forma lineal o radial.

• Habitualmente de usan de forma ortogonal, sumando elementos de rigidización.

• Están solicitadas por cargas en 2 direcciones: paralelas y perpendiculares a su plano.

• Requiere un sistema de arriostramiento conformado por. Estructuras reticulares trianguladas de madera o metal, paneles o entablado diagonal.


SISTEMAS PLANARES: VIGAS

• Elemento estructural lineal, apoyado en 2 o más puntos, con largo mucho mayor a la dimensión de su sección.

• Trabaja principalmente a la flexión y el corte.

• Se usa colocada de canto, con proporción recomendada de 1:4 a 1:8 entre ancho y alto.

• Generalmente, el momento flector máximo se produce en la mitad de la luz a cubrir.

• Se pueden optimizar las vigas mediante laminación (sección variable); concentrando más material mediante disposición de componentes (vigas compuestas); o mediante diseño del conjunto de vigas (vigas continuas de varios tramos) , reduciendo momentos flectores.


SISTEMAS PLANARES: CERCHAS

• Al igual que una viga cumple la función de salvar una luz y recibir cargas permanentes y variables que serán transmitidas a sus apoyos.

• Es una estructura de entramado, compuesta por elementos lineales o barras unidas entre sí.

• Su trazado está constituido por triángulos, única figura planar indeformable por naturaleza geométrica.

• En teoría su forma permitiría trabajar solo con esfuerzo axiales (tracción y compresión) lo que permite secciones reducidas.

• En la práctica, elementos intermedios como diagonales y montantes trabajan a tracción y compresión

• Y cordones superior e inferior resisten flexo-tracción o flexo-compresión.

• Permite una multiplicidad de formas optimizadas por triangulaciones.


SISTEMAS PLANARES: MARCOS

• Uso en estructuras de luces mayores.• Uso frecuente por simplicidad en diseño y

construcción.• Conceptualmente es un sistema de viga y

pilar conectada por unión rígida.• Al estar conectada al pilar, la viga puede

resistir mas flexión.• Se pueden clasificar:

– En voladizo: requiere empotramiento– Bi-Articulados: vigas recta, inclinada o curva

más un pilar que va conectado mediante articulación al suelo.

– Tri-Articulado: viga con unión rígida a pilar y 3 puntos de conexión.

– Empotrado: pilares empotrados a las fundaciones, que permiten mejor distribución de la flexión en las piezas y disminución de algunas secciones.


SISTEMAS LAMINARES: ARCOS

• El arco es una estructura de compresión usada para grandes luces.

• Apoyos deben ser diseñados para mantener línea de acción de las fuerzas.

• Los esfuerzos van de forma continua a las fundaciones, sin cambiar de dirección (como en el marco)

• Arcos bi-articulados son estáticamente indeterminados

• Arcos tri-articulados son estáticamente determinados.

• Pueden ser construidos con madera laminada y en base a entramados.


SISTEMAS ESPACIALES LAMINARES

• Son tipologías estructurales y constructivas inicialmente asociadas al hormigón.

• Se han desarrollado en madera debido a la aparición de las placas.

• También debido al desarrollo de moldajes para cáscaras de hormigón.

• Se encuentran aquí las: -estructuras plegadas: formadas por láminas y ordenadas en pliegues.-estructuras cáscaras: generadas por rectas, curvas parábolas o elipses.-estructuras colgadas o tensadas conformadas por elementos que trabajan esencialmente a tracción (estructuras mixtas con uso de cables).


SISTEMAS ESPACIALES LAMINARES: PLEGADAS

• Constituida por superficies plegadas con capacidad estructural.

• Estructuras plegadas prismáticas: formadas por láminas rectangulares longitudinales arriostradas por láminas transversales o pórticos rígidos.

• Estructuras plegadas semiprismáticas: conformadas por rectángulos, triángulos, rombos o trapecios.

• Estructuras plegadas piramidales: Constituidas por láminas triangulares.

• Su sección puede ser H o de cajón• Son livianas, resistentes, fáciles de

prefabricar y rápidas de erigir.• Placas requieren conexiones rígidas

entre sí o incluir tirantes o apoyos rígidos.


SISTEMAS ESPACIALES: CÁSCARAS

• Estructuras resistentes por la forma, tan delgadas que no desarrollan flexión, pero suficientemente gruesas para resistir compresión, corte y tracción.

• Simple o de doble curvatura.• No desarrollable: solo se puede “aplanar”

cortándola en una serie de secciones (cúpulas)

• Desarrollables: aplanables sin cortes (bóveda)

• Cáscara de revolución: se generan por rotación de una curva alrededor de un eje.

• Cáscara de traslación: a partir de una curva o recta que se desliza sobre otra curva o recta.

• Cáscara reglada: son las que se generan por desplazamiento de los extremos de un segmento de recta sobre 2 curvas.


SISTEMAS ESPACIALES: BÓVEDAS

• Son cáscaras de curvatura simple.• Pueden apoyarse a lo largo de muros

laterales (bóveda de cañon / empuje lateral) o en lo muros extremos(cañon cáscara /comportamiento de viga).

• Bóvedas nervadas: constan de nervios de laminados o de celosías formando arcos.

• Bóvedas de lamelas: consisten en barras puestas de canto y unidas entre sí en ángulo.

• Bóvedas de arcos triarticulados: cuyo arriostramiento longitudinal se logra a través de costaneras y tensores diagonales de acero o por medio de una membrana.

• Bóvedas de contrachapado: en base a paneles tensionados curvos.


SISTEMAS ESPACIALES: CÚPULAS

• Generalmente son formas esféricas.• Cubre espacios circulares, pero por

intersección de bóvedas cilíndricas de cubren espacios cuadrados o poligonales.

• Sistemas constructivos:• Membrana de tablas: nervios de madera

laminada apoyado en anillo superior e inferior más 3 capas de entablado (2 diagonal y uno circular)

• Nervados: reemplaza el entablado diagonal por diagonales entre nervios.

• Lamelas: entre nervios se usan barras de pequeñas dimensiones apernadas entre sí.

• Arcos: uso de arcos bi o triarticulados que convergen a un anillo metálico. Se unen entre sí por costaneras o vigas.


SISTEMAS ESPACIALES: HIPÉRBOLAS Y PARABOLIDES HIPERBÓLICOS

• Se caracteriza porque la forma se compone de elementos rectos.

• Se generan a partir de 2 parábolas perpendiculares entre sí, de las cuales una se desliza sobre la otra generando el espacio cubierto.

• Como estructuras están compuestas de arcos que son interceptados por un sistema de cables o tensores suspendidos. Requieren de vigas perimetrales rígidas en base a laminados.

• La forma curva no debe ser demasiado plana pues se puede pandear el diafragma.


SISTEMAS ESPACIALES: COLGADAS O TENSADAS

• Se requiere madera laminada o libre de defectos para este tipo de estructuras.

• La forma es generalmente un arco invertido que absorbe las cargas por tracción.

• Lo más complejo es la unión entre el tirante traccionado y el apoyo, resuelto con conectores metálicos


ESTRUCTURAS ESPACIALES DE ENTRAMADOS

• Se utiliza la madera como un barra.• Permite resolver problemas de

grandes luces con madera aserrada natural y no necesariamente laminada.

• Se usa especialmente en cubiertas.• Con los actuales programas de

calculo han tenido un desarrollo más intenso.

• Se clasifican como reticulados espaciales (cúbicos y triangulares), geodésicas (derivadas de las cúpulas) y lamelas (derivadas de las bóvedas).


ESTRUCTURAS ESPACIALES DE ENTRAMADOS: RETICULADOS ESPACIALES

• Reticulados espaciales cúbicos: conformados por armaduras longitudinales y transversales unidas en 90°, principalmente vigas reticuladas.

• Estereométricas o reticuladas espaciales triangulares: conformadas por pirámides y tetraedros regulares. También se puede decir que son 2 retículas cuadriculadas desfasadas entre sí, unidas por diagonales en 45° o 60°.

• Estructuras muy livianas y económicas si son bien diseñadas.

• Uniones relativamente complejas, mediante conectores planos multidireccionales o uniones esféricas.


ESTRUCTURAS ESPACIALES DE ENTRAMADOS: GEODÉSICAS

• Cúpula constituida por múltiples y pequeñas superficies planas.

• Se usa el triángulo como módulo base para conformar el total de la cúpula.

• Dos tipos: Triángulos iguales (Buckminster Fuller) y las conformadas por superficies planas que disminuyen al acercarse a la cúspide.

• Para dimensionar las barras se requiere saber esfuerzos de tracción y compresión presentes en ellas.


ESTRUCTURAS ESPACIALES DE ENTRAMADOS: LAMELAS

• Desarrollado en los años 30 en Europa

• Fundado en el uso de muchas barras relativamente pequeñas en sus secciones y que entrelazadas permiten grandes luces.

• Se pueden generar arcos o arcos ojivales.

• El plano consta de múltiples pequeñas barras colocadas en diagonales encontradas. En cada nudo hay 3 piezas: una es continua y las otras 2 rematan de tope lateralmente

• Solo se pueden generar espacios cuya envolvente es cilíndrica

MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected] FFF

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERAMauricio Ramírez Molina

Arquitecto (ICA 7620)Master of Sciences UC Louvain | Energía y Sustentabilidad

Magíster© UTFSM | Innovación Tecnológica y Emprendimiento

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