DISEÑO De MIEMBROS ESTRUCTURALES

EN MADERA

bachiller: Raynel antillano

c.I 21067844

Fundaciones en estructuras de madera.Fundación continua y fundación aislada:

Una de las características sobresalientes del sistema constructivo de estas viviendas es el bajo peso de su estructura, comparativamente con los sistemas constructivos tradicionales (albañilería armada o reforzada y de hormigón), los esfuerzos transmitidos al suelo son bastante menores. Lo que facilita utilizar “fundaciones superficiales”, ya que los estratos superficiales son capaces de soportar las cargas de la estructura.

Por esta razón, el tipo de fundación superficial más utilizada en las viviendas con estructura de madera es la fundación continua y fundación aislada.

•Fundación continuaEvitan tener que ensanchar todo el cimiento para lograr distribuir las tensiones en el terreno y tener la capacidad soportante necesaria.

Fundación aislada

Fundación que puede ser materializada mediante pilotes de hormigón armado o pilotes de madera:

•Fundación aislada de pilotes de hormigón. El sistema consiste en cimientos aislados de hormigón en masa, a los que se les incorpora una armadura de acero en barras, cuya función es anclarlos a una viga de fundación de hormigón armado, que desempeña la función de un sobre cimiento armado.

•Fundación aislada con pilotes de madera. Dada su facilidad, rapidez de ejecución y economía,• este sistema de fundación es el más adecuado, para viviendas de madera de uno y dos pisos.

DISEÑO DE COLUMNA

La columna es un elemento sometido principalmente a compresión, por lo tanto el diseño está basado en la fuerza interna, conjuntamente debido a las condiciones propias de las columnas, también se diseñan para flexión de tal forma que La combinación así generada se denomina flexocompresión.

Las columnas son, en general, de madera sólida o maciza, sin embargo se pueden usar columnas de madera laminada, formadas por la unión de piezas que permitan alcanzar un mayor momento de inercia de la sección transversal, en cuyo caso garantizaran la condición anterior. Pueden usarse adhesivos y/o elementos metálicos (tornillos, pernos etc.) que garanticen el funcionamiento integral de la sección. En general las columnas de madera son de sección rectangular, sin embargo se pueden usar otras secciones y considerar esa sección, y el momento de inercia para el cálculo respectivo.

CLASIFICACIÓN DE LAS COLUMNAS

Las columnas se clasifican en: corta, intermedias, y largas según su esbeltez:

a) Columnas cortas b) Columnas intermedias c) Columnas largas No se recomienda, en columnas de madera, esbelteces mayores a 50.

ESFUERZOS ADMISIBLES Los esfuerzos admisibles máximos que deben usarse para el diseño de elementos solicitados a compresión y flexo-compresión.

Columnas cortas: Las columnas cortas (ʢ < 10) fallan por compresión o aplastamiento. Su carga admisible puede calcularse como:

En donde: A = área de la sección transversal fc = esfuerzo máximo admisible de compresión paralela a las fibras (Tabla 9.2) Nadm = carga axial máxima admisible.

Columnas Intermedias: Las columnas intermedias (10 < ʢ < Ck) fallan por una combinación de aplastamiento e inestabilidad lateral (pandeo). Su carga admisible puede estimarse como:

En donde: ʢ = relación de esbeltez (considerar solo lo mayor) Ck = 0.7025 (para secciones rectangulares) E=módulo de elasticidad.

Columnas Largas: La carga admisible de columnas largas (Ck < ʢ < 50) se determina por consideraciones de estabilidad. Considerando una adecuada seguridad al pandeo la carga crítica Ncr según la teoría de Euler se reduce a:

Elementos sometidos a flexocompresión.

DISEÑO DE VIGASUna viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a flexión

PROPIEDADES DE LAS SECCIONES Además de la resistencia de la madera, caracterizada por los esfuerzos unitarios admisibles ,el comportamiento de un miembro estructural también depende de las dimensiones y la forma de su sección transversal, estos dos factores se consideran dentro de las propiedades de la sección. Entre ellos:

Centroide: El centro de gravedad de un sólido es un punto imaginario en el cual se considera que todo su peso está concentrado o el punto a través del cual pasa la resultante de su peso. 

Momento de inercia: En la figura 3-1 se ilustra una sección rectangular de ancho b y alto h con el eje horizontal X-X  que pasa por su centroide a una distancia c = h/2 a partir de la cara superior. En la sección, a representa un área infinitamente pequeña a una distancia  z  del eje X-X  . Si se multiplica esta área infinitesimal por el cuadrado de su distancia al eje, se obtiene la cantidad (a x  z 2). El área completa de la sección estará constituida por un número infinito de estas pequeñas áreas elementales a diferentes distancias por arriba y por debajo del eje X-X.

Radio de Giro.:

Esta propiedad de la sección transversal de un miembro estructural está relacionada con el diseño de miembros sujetos a compresión. Depende de las dimensiones y de la forma geométrica de la sección y es un índice de la rigidez de la sección cuando se usa como columna. El radio de giro se define matemáticamente como r= A I / ,Donde I es el momento de inercia y A el área de la sección. Se expresa en centímetros porque el momento de inercia está en centímetros a la cuarta potencia y el área de la sección transversal está en centímetros cuadrados. El radio de giro no se usa tan ampliamente en el diseño de madera estructural como en el diseño de acero estructural.

DEFLEXIONES ADMISIBLES

Se llama flecha o deflexión a la deformación que acompaña a la flexión de una viga,vigueta o entablado. La flecha se presenta en algún grado en todas las vigas, y el ingeniero debe cuidar que la flecha no exceda ciertos límites establecidos.

DEFLEXIONES MAXIMAS ADMISIBLES

Tabla

ESTRUCTURAS DE MADERA distribución de cargas, resistencias en las uniones, rigidez debida a elementos no estructurales de la construcción, etc. Las deflexiones en vigas deben ser calculadas con el módulo de elasticidad Emin del grupo de la madera estructural especificado. Para entablados debe utilizarse el E promedio, las deflexiones en viguetas y elementos similares pueden también determinarse con el E promedio, siempre y cuando se tengan por lo menos cuatro elementos similares, y sea posible una redistribución de la carga.

SECCION TRANSVERSAL, DISTRIBUCION DE ESFUERZOSNORMALES PRODUCIDOS POR FLEXION:

Sustituyendo los datos para una viga rectangular y para obtener el esfuerzo de la fibra extrema tendremos:

Los esfuerzos de compresión y de tensión producidos por flexión (σ), que actúansobre la sección transversal de la viga, no deben exceder el esfuerzo admisible, Fm, para el grupo de madera especificado.

ESFUERZO MAXIMO ADMISIBLE EN FLEXION, fm(kg/cm2)

Estos esfuerzos pueden incrementarse en un 10% al diseñar entablados o viguetas si hay una acción de conjunto garantizada.

CerchasLa cercha es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominadas nodos.Clasificación de las Cerchas: Las cerchas de madera se pueden clasificar de acuerdo a los siguientes criterios: a) Según su forma: con cordón superior triangular, rectangular, curvo o combinaciones de ellos. b) Según distribución de diagonales: Howe, Pratt, Warren, etc. c) Según tipo de madera: aserrada, elaborada o cepillada, laminada encolada o mezclas de estas.

d) Según tipo de cordones: ya sean de uno, dos o varios elementos. En el caso de cordones superiores e inferiores con dos elementos, las diagonales se ubicarán entre ellos.

La introducción de los conectores metálicos ha hecho posible el aprovechamiento más eficiente de la madera en el diseño de cerchas. Antes eran necesarias grandes secciones transversales a fin de tener uniones seguras y sólo se utilizaba entre el 40 y el 60 % de capacidad de resistencia de la madera. Ahora, al utilizar conectores metálicos, es posible obtener el 80 y hasta el 100 % de la resistencia de los diferentes elementos de madera que conforman una cercha.

Reglas Generales para el Diseño de Cerchas: El procedimiento a seguir en el diseño de cerchas es el siguiente:

a) Determinación de las cargas solicitantes, b) Calculo de las solicitaciones en los diferentes elementos de la cercha. c) Selección de la especie y grado de calidad a usar. En la selección de la especie dependerá del sitio en donde se ubicara la estructura y de las maderas más comunes de la zona. El grado de calidad debe seleccionarse en función de la resistencia que de la madera se desea; sin embrago, algunos grados son más fáciles de obtener y, por lo tanto, se usan con mayor frecuencia. Como regla general, deben preferirse los grados con las tensiones más bajas, porque proveen el diseño más eficiente y económico.

d) Determinación de las escuadrías requeridas en los distintos elementos de la cercha. e) Diseño de las uniones, considerando primero aquellas que soportan las solicitaciones mayores. Se debe establecer el espaciamiento entre elementos de unión y la distancia de ellos al borde y a los extremos de la pieza que se une. Además, se debe tomar en cuenta que en las uniones se debe evitar la distribución excéntrica de los elementos de unión. Si ello ocurre, se debe considerar el efecto de los momentos que esto induce.

Entrepiso de madera:

Son entrepiso ultralivianos, constituidos por vigas y correas de sección rectangular, a los que se les aplica un entablonado,   el que puede quedar como piso final o en su defecto, agregarle algún tipo de revestimiento.

Un contrapunto de los entrepisos de madera, son los crujidos que presenta su estructura, cuando se camina sobre ellos, sin mencionar el sonido producido por los propios pasos.  

Generalmente se los aplica para generar entrepisos de pocas luces o para elevar visualmente un ambiente (como ser una  pieza) en locales monoambientados.

Sobre el entablonado se puede usar otro revestimiento, e incluso hormigón, mediante el cual se puede aplicar un piso de  mosaicos por dar un ejemplo.

La separación entre vigas es del orden de los 3,5 a 5 m, mientras que las correas se separan unos 35 a 60 cm.

Diseño de techo:

En el diseño de techos de madera inciden una serie de factores, como el clima, los materiales, la forma del techo. Estos elementos determinan la duración de la cubierta y su resistencia a tormentas y otros factores climáticos. El mantenimiento es determinante en la duración y efectividad de un techo.El techo de una construcción es el elemento constructivo de mayor tamaño, y el más comprometido, recibe los embates del clima y debe soportar su propio peso.Los techos de   madera tienen una expectativa de vida de 20 años, dependiendo del tipo de cubierta elegido, si tiene un recubrimiento, su duración aumenta considerablemente. La forma del techo también incide en su duración. Los techos de varias aguas, resisten mejor las tormentas por sus propiedades aerodinámicas y las técnicas constructivas que se emplean. Los techos de dos aguas, posee dos pendientes y su evacuación de aguas de lluvia es mejor, pero su resistencia frente a los vientos puede disminuir considerablemente, dependiendo de la dirección de incidencia del viento.

La estructura del techo consta de: vigas y cerchas, que determinan la forma que tendrá la cubierta.Es conveniente colocar una barrera contra el agua, colocando cinta adhesiva en las juntas y aplicando una capa bituminosa con polímero modificado.Sobre el armazón de madera contrachapada impermeabilizado se colocará una capa de papel de fieltro, como aislación térmica.Por encima de esta capa, se coloca un material para techos, resistente a los impactos.Finalmente se instalará el recubrimiento, que depende de las condiciones climáticas de la zona y de los gustos estéticos. Existe una amplia variedad de recubrimientos: • Tejuelas asfálticas: pueden reforzarse con fibra de vidrio o material orgánico. Las tejuelas de fibra de vidrio son resistentes al fuego y tienen una duración aproximada de 20 años.

• Chapa de metal: tienen una duración de 40 años o más, dependiendo del material. Son livianas y resistentes al fuego, pero en caso de golpes, pueden deformarse.

• Tejas de pizarra: son costosas, pero su duración es mucho mayor. Son pesadas y no todas las estructuras las soportan, pero su aspecto y resistencia valen la pena.

• Cubiertas sintéticas: se fabrican en fibrocemento o plástico, pueden imitar las cubiertas tradicionales (pizarra, tejuelas, madera), pero su resistencia es escasa y varía según el material.

• Tejas: son el material de cubierta tradicional, pero su resistencia a los golpes es baja, se rompen con facilidad. Son pesadas pero estéticamente muy bellas.

• Ripias o tejuelas de madera: se fabrican con cedro, pino sureño, entre otras. Son atractivas, pero su resistencia no es buena, además de su pobre resistencia al fuego.Para la mejor conservación de los techos de madera, es conveniente revisarlos al menos dos veces al año. Buscar ampolladuras, material suelto, tejuelas curvadas, desgaste en las zonas de unión con otros elementos. En caso de tormentas fuertes, es aconsejable revisar la cubierta, una vez que la tormenta acabe.

 

               Área: 95 m2     Nº Habitaciones: 3 (2 Con baño)    Cocina, oficios, Sala, Comedor

Diseño arquitectónico de Vivienda Unifamiliar de dos niveles (tipo Town House)