Clase 01_Sistemas estructurales en madera utal
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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
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERA
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
ESTRUCTURAS MENORES
SISTEMA DE TABIQUE LLENO
SISTEMAS ENTRAMADOS AMERICANO
PLATAFORMA
BALOOM
POSTE Y VIGA / PILAR Y VIGA
SISTEMAS DE PLACAS
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
ESTRUCTURAS MAYORES
SISTEMAS PLANARES VIGAS
CERCHAS
MARCOS
ARCOS
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
ESTRUCTURAS MAYORES
SISTEMAS ESPACIALES LAMINARES
PLEGADOS
CÁSCARAS
BÓVEDAS
CÚPULAS
HIPERBOLAS
COLGADAS
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
ESTRUCTURAS MAYORES
SISTEMAS ESPACIALES DE ENTRAMADO
RETICULADOS ESPACIALES
GEODÉSICAS
LAMELAS
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
ESTRUCTURAS MENORES EN MADERA
MAURICIO RAMIREZ MOLINA | ARQUITECTO | MSc UC Louvain | Master© UTFSM | [email protected]
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ESTRUCTURAS MAYORES EN MADERA
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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).
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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.
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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.
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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
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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN MADERAMauricio Ramírez Molina
Arquitecto (ICA 7620)Master of Sciences UC Louvain | Energía y Sustentabilidad
Magíster© UTFSM | Innovación Tecnológica y Emprendimiento