Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 BLOQUE TEMÁTICO 4 UNIDAD TEMÁTICA 14 LECCION 53 ENTRAMADOS INCLINADOS. CUBIERTAS Y CERCHAS 1 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 INDICE 1.- GENERALIDADES. INTRODUCCIÓN. COMPONENTES. 1.1. Elementos interesantes de la cubierta 1.2. Ventajas de la Cubierta de madera 2.- TIPOS. 2.1. Cubiertas a un agua 2.1.1. Cubierta a la Molinera 2.1.2. Faldón de pares 2.1.3. Cubierta de cabios 2.2. Cubiertas a dos agua 2.2.1. Cubierta de pares 2.2.1.1. Cubierta de par y picadero 2.2.1.2. Cubierta de par y hilera 2.2.1.3. Cubierta de par y nudillo 2.2.2. Cubierta de correas 2.2.3. Cubierta de cabios 2.2.3. Cubierta Shed o en diente de sierra 2.3. Cubiertas a cuatro aguas 2.3.1. Cubiertas de planta cuadrada 2.3.1.1. Cubierta de pabellón 2.3.2. Cubiertas de planta rectangular 2.3.2.1. Cubierta con faldones 2.3.2.2. Cubierta de par y picadero 2.3.2.3. Cubierta de cuchillos 2.4. Cubiertas con par de buharda 2.5. Entramados de cubiertas jabalconadas 2.6. Mansardas 2.7. Cobertizos 2.8. Cubiertas de crucero 3.- CERCHAS 3.1. Disposiciones constructivas de los nudos con uniones antiguas 3.2. Disposiciones constructivas de los nudos con uniones modernas. 3.3. Tipos de Cerchas 3.4. Arriostramiento de cerchas 3.5. Cubiertas de grandes naves 4.- PÓRTICOS 4.1. Pórticos biarticulados 4.2. Pórticos triarticulados 4.3. Pórticos en voladizo 4.- ARCOS 2 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 1.- GENERALIDADES. INTRODUCCIÓN. COMPONENTES Hemos estudiado hasta ahora los elementos estructurales necesarios para conformar los espacios horizontales del edificio o plantas del mismo. A través de pórticos, entramados verticales y horizontales, etc. Hemos creado las zonas habitables; sin embargo al llegar a la última planta nos encontramos con la necesidad de cerrar el edificio. Al conjunto de elementos que forman parte de este cierre (estructuras, rellenos, coberturas, etc.) se le denomina cubierta. Entendemos por armadura de cubierta el sistema estructural que soporta el cerramiento superior del edificio con el trazado adecuado para la evacuación del agua de lluvia. En el curso anterior veíamos que las cubiertas con planos sensiblemente horizontales se denominaban terrazas o azoteas y las formadas por planos inclinados o faldones se denominaban tejados. La estructura necesaria para realizar estos faldones constituye lo que denominamos entramado inclinado. El término armadura de cubierta se emplea para referirse a muy diversos sistemas estructurales, que van desde la simple disposición de parecillos sobre muros, hasta el entramado espacial de cubierta en un pabellón. Estos entramados serán distintos según el tipo de edificio, luces a cubrir, etc. En los edificios de viviendas no hay grandes luces por lo que las cubiertas serán sencillas y los entramados son realmente forjados inclinados. Cuando las luces a salvar sean grandes, las cubiertas se complican y habrá que utilizar cerchas como sustentación de la cobertura. 1.1.Ventajas de los entramados de madera en la cubierta - Ligereza. El bajo peso específico de la madera y la esbeltez de sus perfiles, confieren a las cerchas de madera una extraordinaria ligereza, lo que se traduce en menores cargas transmitidas a la estructura y a la cimentación. - Facilidad de transporte y manipulación. Muchas veces sin necesidad de medios auxiliares o con un mínimo de personal su puesta en obra es rápida y sencilla. - Los trabajos de impermeabilización y revestimiento se realizan con gran seguridad, ya que los elementos de cerramiento soportan directamente las cargas puntuales de montaje. - El comportamiento térmico. La baja conductividad térmica de la madera (42 veces menor que el acero, y 12 veces menor que el hormigón), garantiza que la armadura no presente puentes térmicos como ocurre con la estructura metálica. Este aspecto tiene especial interés en el cado de cubiertas habitables. 3 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.- TIPOS DE CUBIERTAS. 2.1.- Cubiertas a un agua. También llamadas “faldones”, se construyen en un solo plano inclinado. Son las cubiertas de estructura más sencillas que encontraremos, disponiéndose generalmente, en cubriciones de pequeñas luces en piezas poco importantes, desde el punto de vista arquitectónico, y en porches anexos a la edificación principal. Sus disposiciones más características, corresponden a las siguientes tipologías: 2.1.1.- Cubierta a la molinera. Es la cubierta más sencilla, formada únicamente por correas que apoyan en muros piñones, constituyendo un forjado inclinado. Para este tipo de cubierta la luz a salvar es reducida. Las correas se apoyan en el muro a través de un durmiente. Para evitar el vuelco de la correa deben colocarse ejiones o codales, o bien practicar un cajeado en el durmiente. Si se trata de una construcción de entramado ligero, el apoyo de las correas sobre el muro puede realizarse a través de herrajes de cuelgue, quedando la correa enrasada con el muro. 4 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.1.2.- Faldón de pares. Este tipo de cubiertas están formadas por pares que apoyan en muros a través de los durmientes de cumbrera y alero, formando el encuentro, por cajeado en los pares generalmente. Es muy frecuente, el uso de esta cubierta, en la formación de porches anexos, donde el muro de cota inferior, se sustituye por una “carrera”, apoyada a su vez en pies derechos. 2.1.3.- Cubierta de cabios. Se realizan cuando las luces a cubrir, superan una determinada longitud(generalmente > 4m), necesitamos disponer un apoyo intermedio, en los pares, dicho apoyo lo podemos materializar de distintas formas. Pasamos de una estructura simple con elementos únicamente a flexión, a estructuras compuestas con elementos de madera a compresión e incluso a tracción. 5 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.2.- Cubierta a dos aguas. Son elementos inclinados, constituidos por dos faldones o planos que dan la pendiente a la cubierta y forman la cobertura. 2.2.1.-Cubierta de pares. Quedan constituidas por dos faldones de pares, que apoyan a nivel inferior en muros de carga, y superiormente en una cumbrera común. Dependiendo del elemento de cumbrera y de su funcionamiento estructural. Las podemos clasificar en: 2.2.1.1.- Cubierta de par y picadero. Se resuelve mediante pares que apoyan sobre los muros, y se disponen en dirección de la máxima pendiente del faldón. La separación entre estos pares es muy reducida, por lo que en algunos casos se denominan parecillos. Los pares se apoyan en durmientes que coronan los muros. En el muro central se fijan mediante clavado o ensamble de cruce a media madera, para compensar los empujes de cada faldón, y en el apoyo inferior se efectúa un cajeado de barbilla pasante que impide la transmisión de empujes. En realidad los empujes debidos a la inclinación de las piezas pueden contrarrestarse, pero no así el empuje del viento, por lo que al final puede resultar más eficaz disponer apoyos articulados y no deslizantes para que los empujes del viento sean compartidos por los muros. 6 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Se denomina picadero al durmiente de la cumbrera. En algunos casos este picadero está levantado sobre una estructura de enanos que permite la ventilación completa de la cubierta. 2.2.1.2.- Cubierta de par e hilera En esta armadura los pares se encuentran en el caballete sobre una pieza horizontal denominada hilera. Esta se soporta por el empuje de los pares y su misión es simplemente recibirlos. En los muros donde se apoyan los pares se producen empujes que deben contrarrestarse con un atirantado. Existen dos soluciones: disponer de un tirante para cada par, formando en cierta manera una cercha, o apoyar los pares sobre un estribo que se atiranta cada cierto numero de pares. 7 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.2.1.3.- Cubierta de par y nudillo. Se trata de una estructura de pares con una pieza horizontal dispuesta a media altura, denominada nudillo. También recibe el nombre de cercha imperial, de puente, o con falso tirante. En nudillo trabaja normalmente a compresión y su función es acortar el vano de los pares. Para que el nudillo trabaje a tracción bajo cargas gravitatorias, uno de los apoyos de la cercha debe ser deslizante, hecho que en la práctica no ocurre. El nudillo podría, sin embargo, trabajar a tracción bajo el efecto de succión del tiempo. 2.2.2. Cubiertas de correas. Cuando los apoyos se encuentran próximos, y las luces a cubrir no son importantes, los pares se apoyan directamente sobre ellos, a través del obligado durmiente, formando realmente dos faldones a la molinera. 8 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.2.3. Cubierta de cabios. Se trata de cubiertas elementales constituidas de faldones de cabios, con un caballete común que apoya sobre las jácenas, carreras, o sobre muros de cargas, con algunos apoyos intermedios también formados por jácenas. Sobre los cabios se colocarán las correas, las cuales recibirán posteriormente a la cobertura final(enlatonado, tejas...). 2.2.4. Cubiertas Shed o en diente se sierra. Son cubiertas a dos aguas que están dispuestas en serie, de manera que las vertientes son de distinta inclinación; una de ellas es vertical o muy inclinada, y generalmente acristalada. Estas cubiertas suelen emplearse para cubrir grandes naves de fábricas, almacenes, etc. Cuchillo para cubiertas SHED 9 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.3.- Cubiertas a cuatro aguas. Costituyen una solución al cierre lateral de las de dos aguas, sustituyendo el paramento vertical triangulado, por un faldón que remata en la cubierta, dejando asía la coronación o los muros de apoyos, a la ,misma cota. No obstante la ventaja más notoria que presentan se refleja en la mayor estabilidad en cuanto a empujes longitudinales se refiere que en su forma geométrica les confiere, lo cual se traduce en una mejor resistencia a los empujes del viento. 2.3.1. Cubiertas de planta cuadrada. 2.3.1.1. Cubiertas de pabellón. Es aquélla en la que los faldones concurren en un mismo nudo o cúspide, donde se reúnen las cuatro aguas o vertientes. Cuando los planos que forman son muy inclinados, la cubierta se llama torre, aguja o flecha. Encontramos ene esta tipología, unas estructuras simples formadas, en la mayoría de los casos, por la composición de varios cuchillos que se intersectan entre sí compartiendo un único pendolón central, como observamos en la figura. Otra forma de resolver esta cubierta, con la intención de aprovechar su espacio interior, consiste en transmitir los esfuerzos horizontales de los pares, a los durmientes perimetrales que formarán un zuncho cerrado. Dicho zuncho debe ser capaz de absorber los empujes y para ello deberemos rigidizar las esquinas ya que este es su punto más débil. 10 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.3.2. Cubiertas de planta rectangular. Constructivamente son similares a las de dos aguas, salvo en los faldones de alero de menor dimensión, en los cuales deberemos disponer el encuentro de un plano distinto. 2.3.2.1. Cubiertas con faldones. Esta cubierta es de cuatro aguas, debido a que se ha evitado todos los hastiales. Para ello se dispone un alero continuo en todo en contorno de la planta, con otros dos planos llamados faldones que cortan las otras dos vertientes según líneas salientes o limatesas, las cuales concurren en el nudo del caballete. 2.3.2.1. Cubierta de par y picadero. Encontramos en este tipo de cobertura , la concepción estructural más simple de cierre inclinado, aplicado a las cuatro aguadas, donde los pares del faldón menor, apoyan en la limatesa, formada por una carrera única. El encuentro entre las dos limatesas, se rigidiza con un brochal entre ambas. También conseguiremos mayor estabilidad ante empujes del viento, si conectamos algunos pares opuestos, con puentes. Si la dimensión longitudinal de la cubierta no fuera excesiva(<20 m) la estabilidad ante esfuerzos en este sentido estaría asegurada por la propia forma geométrica de la cubierta, siendo innecesario el arriostramiento longitudinal. 11 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.3.2.2. Cubiertas de cuchillos. Se construyen por una estructura resistente de cuchillos a lo largo de toda su longitud, finalizando sus extremos con elementos también resistentes, que formarán las limatesas. • Cubierta a cuatro aguas con cuchillos a la española: • Cubierta a cuatro aguas con cuchillos en “W”: 2.4. Cubiertas con par de buharda. Las buhardas se construyen colocando un brochal entre los parecillos a la altura del arranque, y otro al terminar el hueco, y apoyando sobre ellos y los parecillos la estructura. Su forma puede ser normal, de alero en pico o en chaflán. 12 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.5. Entramados de cubierta jabalconadas. Jabalcones o tornapuntas, son piezas de madera que se colocan en diagonal para asegurar la estabilidad del pórtico. 2.6. Mansardas Este tipo de cubierta presenta en sus vertientes una línea de quebranto paralela al caballete y al alero, formada por la intersección de dos planos interiores, que son muy inclinados con los superiores que son de poca inclinación. El objeto de estas cubiertas es aprovechar los sotabancos para viviendas o almacén. 13 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 2.7. Cobertizos. Cubierta ligera de construcción simple formada por un tejadillo sobre varios pies derechos, abierta por uno o varios lados. 2.8. Cubiertas de crucero. Esta cubierta consta de ocho vertientes, formadas por dos caballetes que se cortan ortogonalmente y cuatro limahoyas, formando un frontón a cada lado del edificio. 3. - CERCHAS Las cerchas son el elemento resistente principal del entramado inclinado, estas están formadas por piezas lineales que se organizan mediante triangulaciones en que los nudos son articulados. Con esto se consigue que los esfuerzos que actúan sobre las barras sean de tracción o compresión según sus ejes, sin que aparezcan esfuerzos transversales secundarios. Para ello es necesario que los nudos no sean rígidos y que las cargas actúen sobre ellos, ya que si lo hacen sobre puntos intermedios pueden originarse esfuerzos secundarios. Partes de una cercha: - Nudos: son los puntos en que se encuentran las barras que la componen. - Pares: piezas exteriores que llevan la pendiente (inclinación) de los faldones y trabaja normalmente a compresión. - Tirantes: son las piezas que unen los pares por su parte inferior trabajando a tracción. - Montantes: barras interiores verticales que trabajan a compresión. - Péndolas: barras interiores verticales que trabajan a tracción, si se trata de la péndola central se denomina pendolón. - Tornapuntas: barras interiores inclinadas que trabajan a compresión. - Tirantillas: barras interiores inclinadas que trabajan a tracción. 14 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 3.1. Disposiciones constructivas de los nudos con uniones antiguas En construcciones antiguas, para conseguir una buena construcción posterior, aunque no sea necesario en algunas ocasiones, debe mantenerse constante el espesor de todas las barras de la cercha. - Unión de par con tirante horizontal: En la cual el nudo se resuelve con cualquier tipo de ensamble, como por ejemplo: Con espera sencilla Con doble espera Con doble espera asegurada con perno O asegurada con abrazadera - Unión de par con tirante inclinado: La unión se consigue intercalando una pieza auxiliar entre el tirante y el apoyo, asegurando el conjunto con pernos. Ocurriría esta unión por ejemplo en la cercha alemana o en la Polonceau peraltada. - Unión de tornapunta al par: Puede ser: A simple espera asimétrica - O con pequeña espera y pletinas Unión de los pares con el pendolón: En este el pendolón es pasante y los pares acometen a él con el ensamble a doble espera, pudiendo hacer, el cogote, de apoyo para la correa. También se puede reforzar con pletinas. 15 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica - Unidad Temática 14 Lección 53 Unión de tornapuntas y pendolón con el tirante: Aunque no haya concurrencia con los ejes, la solución más constructiva y usada de siempre, es el ensamble a doble espera de los tornapuntas en el pendolón y la unión del conjunto con el tirante en cola de milano a media madera: , O con estribo - Unión de péndola con tirante: Este tipo de unión depende de muchas circustancias (barras debilitadas por otras uniones...), y puede realizarse: - Con ensamble en cola de milano a media madera - O con estribo Siendo la mejor solución la de la disposición del estribo, ya que permite la utilización de la sección total del tirante. - Unión al tirante de la tirantilla y el tornapuntas: La tirantilla se ensambla al tirante en cola de milano a media madera o con estribo, y el tornapuntas se ensambla por medio de esperas, procurando que no apoye en la tirantilla pues la desequilibraría. - Unión en el par de dos tirantillas y un tornapuntas: La utilización de estribos puede crear algunos problemas por el cruce de los mismos. Por eso dependiendo de los esfuerzos de las piezas, se puede realizar: 16 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Con las tirantillas en cola de milano a media madera (quedan muy debilitadas) O cortando los pares y ensamblandolos a espera retrasada en las tirantillas, debiendose reforzar con pletinas (disminuye la capacidad del par por no ser suficiente el cogote) - Unión en la cumbrera de dos tirantillas con los pares: En esta unión lo que se hace es desplazar los ejes de las tirantillas: - Unión de tirante quebrado con tirantilla y tornapunta: - Unión en el par de tirantilla y tornapuntas: Puede ser: Con tirantilla pasante - O con el par pasante Unión en el par de péndola y tornapuntas: Es similar a la anterior, pero variando el ángulo de la pieza a tracción. Unión en el tirante de péndola y tornapuntas: igual que la unión al tirante de la tirantilla y el tornapuntas, variando solamente que el ángulo de la pieza a tracción. 17 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica - Unidad Temática 14 Lección 53 Unión de tirantes-tornapuntas con pendolón: La unión de los tirantes-tornapuntas se hace a media madera y el pendolón se une con el estribo. El mejor aprovechamiento de la madera y del trabajo de una cercha, se consigue sustituyendo algunas barras sometidas a tracción por piezas metálicas, generalmente redondos. - - 3.2. Disposiciones constructivas de los nudos con uniones modernas. Para solucionar los nudos de una cercha con uniones modernas, inicialmente analizaremos las tensiones a las que están sometidas las barras a unir, además del tipo de madera con la que vamos a trabajar, la longitud de las piezas, la construcción sencilla, etc. Cuando se trate de barras sometidas a tensiones más bien pequeñas, podemos utilizar piezas simples unidas con placas y clavos. Sin embargo, si las tensiones son mayores conviene utilizar barras dobles o triples unidas por llaves o conectores. Con estas soluciones, directamente o a través de forros, conseguimos una simetría de esfuerzos y un mejor reparto en las uniones, además de facilitarlas. Además estas disposiciones constructivas de los nudos, con uniones de placas, llaves, etc. nos brindan, pues, todo tipo de posibilidades 18 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica - Unidad Temática 14 Lección 53 Ejemplo: Análisis de las distintas posibilidades para el nudo par-tirante La disposición lógica sería la siguiente, donde el par está formado por dos piezas (ganando sección y por tanto inercia contra el pandeo) y el tirante por una barra. - Otra posibilidad de construir este nudo sería por ejemplo, con la misma sección de madera y superficie de conectores, en la cual tendríamos barras sencillas y forros exteriores, o barras dobles y forro interior. - Sin embargo, si utilizáramos barra triple en compresión (par) y doble en tracción (tirante), la sección de madera sería la misma pero la superficie de llaves o conectores sería doble. Ejemplo: Cercha Polonceau peraltada con nudos resueltos con barras múltiples y forros. En el nudo C es necesario el desplazamiento de los ejes de la tirantillas, con lo que no habrá concurrencia en un punto, pero sí habrá simetría. Este nudo podrá ser reforzado con placa de nudo pero se tratará de una unión muy rígida. 3.3. Tipos de Cerchas Los tipos de cercha van derivando, según las caracteristicas de su destino (luces a salvar, cargas….), desde la más sencilla formada por tres piezas (dos pares y un tirante) hasta la más 19 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 complicada;No hay duda que para cada hipótesis de cerramiento superior podemos utilizar una forma triangulada particular, y cada una de ellas conpproblemas y condicionantes; por ejemplo si se aumenta la altura de una cercha, disminuímos sección en el par y el tirante, sin embargo, debemos aumentar las barras interiores. Como este ejemplo se pueden dar numerosos planteamientos distintos que han dado lugar a una serie de cerchas tipo, consolidadas a lo largo del tiempo, para diferentes utilizaciones. Algunos de los tipos de cercha más utilizados son: CERCHAS BÁSICAS O CON VIGAS EN CELOSÍA: Una de las tipologías estructurales más frecuentes es la viga de celosía, especialmente en construcción industrial para resolver luces apreciables y pórticos mixtos. Presentan buena relación peso-resistencia en comparación con las vigas de alma llena. Algunas tipologías de este tipo de viga son: Fig. 1, tipología muy frecuente denominada WARREN En la figuras 2, 3 y 4, se mantiene la malla propia de las warren pero se le añaden montantes, en nudos inferiores y superiores, respectivamente En la fig. 5, podemos ver una viga de malla tipo PRATT. 20 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 En la 6 y 14, vemos una viga de celosía de malla tipo HOWE, de numero de tramos par e impar respectivamente. En las 7, 8 y 9, vigas de celosía de mallas más complejas formadas mediante combinación de mallas tipo warren y pratt. Esta complejidad, obliga a que tengan un uso más restrictivo. En la fig. 10, tipología de marcos con cruz de san andrés, adecuada para estructuras de entramados laterales en construcción industrial En la fig. 11, se observa una tipología característica e interesante: la viga en k, adecuada para mejorar el comportamiento de las diagonales a compresión, que suelen se barras críticas. En la 12 podemos ver una viga con cordón inferior poligonal. La malla es del tipo Howe, pudiendo ser otra, adecuada a las cargas que tiene que soportar. 21 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 En al fig. 13, se muestra una viga del tipo VIERENDEL, necesariamente de nudos rígidos, ya que no es triangulada. EJEMPLOS: Cercha básica en celosía de cordón inferior recto y superior inclinado a dos aguas, con malla tipo Pratt en la construcción de un taller naval Cercha básica en celosía de cordón recto, con malla tipo Pratt en la piscina del Muro (Mallorca) Cercha básica en celosía de cordón superior curvo, con malla de tipo Warren en el anfiteatro de las luces del norte Norge en 1992. 22 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Cercha básica en celosía de cordón superior ligeramente inclinado a dos aguas e inferior suavemente curvado, con malla de tipo Warren en el Polideportivo de Sant Llorent de Horton. Cerchas básicas en celosía con marcos en cruz de san andrés, sobre pórticos de vigas de alma llena de madera en el Hotel H10 Estepona Palace. Estepona (Málaga). CERCHAS COMPUESTAS: Cercha sencilla: Es el tipo de cercha más sencilla, en la que los pares trabajan a compresión y el tirante a tracción. Es utilizada para luces pequeñas de hasta 6 metros. Cuando las luces son algo mayores, el tirante resulta inflexible aún para su propio peso; por ello se le añade al tipo anterior, un pendolón que trabajando a tracción, sostiene al tirante en su punto medio. Este tipo se utiliza para luces comprendidas entre 6 y 8 metros. 23 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 - Cercha a la española: Se trata de cerchas para luces de entre 8 y 12 metros, cuando el problema de flexión no será solo del tirante, si no también de los pares. Para solucionarlo, se apuntalan el pendolón con dos tornapuntas que parten en dos la luz libre de cada par. - Según va aumentando la luz a salvar, van siendo necesarios un mayor numero de barras para que éstas no sobrepasen las medidas lógicas. A continuación se reflejan gráficamente los tipos más utilizados, indicando con trazo grueso las barras que trabajan a compresión y con fino las que trabajan a tracción: Tipo Palladio (con pieza horizontal llamada puente) Cuchillo Polonceau: Este tipo de cercha se trata de dos módulos iguales unidos por una barra. Estas barras comprimidas, son perpendiculares al cordón superior. Si se tratara de cubrir grandes luces, utilizaríamos un Polonceau doble. Cuchillo Polonceau peraltado 24 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Cercha Belga o Swan: En este tipo de cerchas todas las barras son diagonales y las que están sometidas a compresión son perpendiculares a los pares. Este tipo se obtiene dividiendo el cordón superior en una parte más que el cordón inferior. De este tipo de cerchas deriva la cercha Swan con montantes. Cercha inglesa: son las más comunes. Y con ella se pueden conseguir dos soluciones: una, si las prolongaciones de las diagonales se cortan por debajo del cordón inferior, y otra, si se cortan por encima de los pares. Esta última es menos económica, ya que las diagonales sometidas a compresión son barras más largas que la anterior, y por tanto, se necesita una mayor sección. Cuchillo Alemán: se utiliza par aluces muy pequeñas comprendidas entre 4 y 6 metros 25 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Las celosás peraltadas de este tipo (herencia de los entramados en tijera de la carpintería británica), ofrecen una presencia más esbelta que las de tirantes horizontales, a cambio de un incremento de la solicitación de estos, que complica apreciablemente la solución de los tres nudos inferiores. El recurso de series de placas insertadas con pasadores de pequeño diámetro, permite la transmisión de esfuerzos de gran magnitud, sin concentraciones de esfuerzos tangenciales o la presencia local de tracciones perpendiculares a la fibra. Cuchillo en diente de sierra: Es el tipo de cercha triangular más utilizado en cuanto a la iluminación natural se refiere, debido a las óptimas soluciones que se pueden obtener. Cuando se ha decidido usar este tipo de cercha en la cubierta de una edificación se pueden conseguir varias soluciones, al considerar la orientación del Sol y la eliminación o no de las columnas interiores. Las cerchas triangulares de una sola vertiente o faldón se pueden considerar derivadas de las de dos faldones, adoptando media cercha de estas últimas. Su utilidad está, fundamentalmente, en la construcción de marquesinas, vierte aguas, cobertizos... El encuentro de las barras en los nudos, deben cumplir una serie de condiciones: - Las uniones deben ser lo menos rígidas posibles, pues el trabajo de las cerchas se basa en la articulación de sus nudos. - Los elementos auxiliares deben de ser lo más sencillos posible. - Los esfuerzos deben equilibrarse, por lo que los ejes de las piezas que forman la cercha deben concurrir, a ser posible en un punto. Los diferentes nudos que se originan en las cerchas, loa podemos tipificar en unos cuantos que se repetirán, con diferente sección de barras, ángulos de encuentro…, pero con el mismo concepto de trabajo. Estas disposiciones son las comentadas en el punto anterior, clasificadas en uniones tradicionales y uniones modernas. 3.4. Arriostramiento de cerchas Hemos estudiado las cerchas como elementos triangulados, y como tales, indeformables ante las fuerzas que actúan sobre su plano, pero si existiesen fuerzas fuera de él (empujes del viento, puentes-grúa...) es preciso el arriostramiento de la estas cerchas entre sí, para evitar su vuelco. 26 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Por lo tanto la estabilidad total de la estructura de la cubierta de madera se consigue mediante un sistema de arriostramiento que debe ser considerado en el diseño de la cercha, y este debe plantearse en tres etapas: - Proyecto de la cercha: el proyectista debe asumir unas hipótesis de cálculo respecto al pandeo de cada barra y a la estabilidad del conjunto. - Fase de montaje: el constructor o responsable de la instalación debe tomar precauciones para evitar daños a las cerchas durante la manipulación y disponer los apuntalamientos o arriostramientos temporales que garanticen la estabilidad durante la obra. - Arriostramiento definitivo: debe ejecutarse en coherencia con las disposiciones inicialmente diseñadas, y que en muchos casos depende también de elementos constructivos como el tablero de cerramiento. Estos arriostramientos definitivos serán diferentes según si los esfuerzos son mayores o menores. Si los esfuerzos no son muy grandes, podían considerarse éstos absorbidos por el material de cobertura, sobre todo si va íntimamente unido a correas y parecillos. Si no, deberán disponerse estructuras trianguladas rigidizando el plano de faldones, el de tirantes o incluso el de pendolones o barras en celosía. - Arriostramiento en el plano de los faldones(o pares): si se utiliza como material de cerramiento un tablero estructural dispuesto adecuadamente, no sería necesario arriostrar en este plano, pues este funcionaría como un diafragma continuo. Pero si se trata de un sistema de correas apoyadas sobre las cerchas, deberán añadirse en los extremos del faldón unas triangulaciones que disminuyan la longitud de pandeo del par, y por lo tanto rigidicen la estructura. - Arriostramiento en el plano de los tirantes: su finalidad es mantener la distancia entre las cerchas y en caso de que el tirante quede comprimido por efecto de una inversión de esfuerzos inmovilizar el tirante en algunos puntos. También 27 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica - Unidad Temática 14 Lección 53 resulta eficaz para transmitir los empujes laterales del viento o sismo a los muros o elementos que resisten estas acciones. En general, se aprovecha el arriostramiento temporal. Arriostramiento en el plano de las barras en celosía: su objetivo es mantener las cerchas en posición vertical y guardar la distancia entre ellas, pero además, puede aprovecharse para reducir la longitud de pandeo de las barras que queden comprimidas. Consiste en cruces de arriostramiento similares a las del temporal y que se completan con una línea de atado que acota la longitud de pandeo de las tornapuntas. Línea de arriostramiento 3.5. Cubiertas de grandes naves Las cubiertas de grandes naves, usualmente están formadas por cerchas tradicionales. La separación de estas cerchas varía entre 3 y 4 m necesitando por lo tanto, una estructura secundaria de correas y a veces una estructura de tercer orden formada por cabios y parecillos. Normalmente estos sistemas se vienen utilizando en casas con entramados muy pesados y en obras de restauración. Los tipos más habituales de cerchas de gran escuadría según su luz son los siguientes: Los sistemas para asegurar la estabilidad de este tipo de cerchas de grandes escuadrías son similares a las de las cerchas ligeras, con la diferencia de la mayor luz, mayor peso y la existencia de muros de fábrica, que sirven de cerramiento y estructura vertical. Por lo general para asegurar esta estabilidad suele bastar con fijar la cumbrera, dejando libre el vano desde este punto hasta el alero. 28 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 El arriostramiento en el plano de las barras de celosía se soluciona mediante diagonales en los vanos extremos del plano vertical que definen los pendolones o con tornapunta en la cumbrera. El arriostramiento en el plano de los tirantes no suele ser necesario. Algunos ejemplos de cerchas para este tipo de cubiertas son: Podemos ver en la figura 1 una forma general de armadura simple con peralte, en la 3, 4 y 5 con cordón inferior recto, o quebrado en la figura 2 en la que las barras del cordón superior se han sustituido por vigas de celosía de diferentes tipos de mallas. En las figuras 6, 7 y 8, podemos ver una forma clásica de cubierta a dos aguas con diferentes tipos de malla, generalmente la belga y la inglesa. En las 9, 10, 11 y 12 vemos la utilización del arco en diferentes posiciones. 29 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 EJEMPLO: En esta fotografía podemos observar, una cercha formada por dos cerchas inglesas sobre dos vigas en celosía de tipo Warren, para salvar una gran luz. 30 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 EJEMPLO DE COBERTIZO , CON CERCHAS DE MADERA LAMINADA Y VIGAS EN CELOSÍA. PROGRESIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN DEL COBERTIZO: 31 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 4.- PÓRTICOS Hasta ahora, todas las soluciones constructivas dadas se hacen con madera aserrada, pero últimamente se recurre a construir y dar soluciones estructurales con madera laminada encolada. Tiene la ventaja frente a la madera aserrada en que se tiene la posibilidad de crear cualquier sección según las necesidades, sin tener limitaciones de la naturaleza. La madera laminada la podemos considerar como un todo homogéneo y compacto que va a responder a las solicitaciones mejor que lo haría la madera aserrada o enteriza de idénticas dimensiones. Por lo tanto, aplicaremos a la madera laminada, todas las consideraciones realizadas a la madera aserrada, en cuanto a normas de construcción se refiere(coincidencia de ejes de nudos, dirección de esfuerzos en el sentido de las fibras,...) En estructuras de madera laminada encolada existe la tendencia al uso de anclajes y uniones metálicas, que confieren a la construcción gran rigidez en sus nudos, rapidez de montaje y limpieza de ejecución, aprovechando la trabajabilidad de la madera. Las cimentaciones suelen ser de hormigón, en masa o armado, con los anclajes dispuestos a espera para recibir la pieza de soporte. La realización de estructuras de grandes luces, con pórticos rectos o curvos quedando vista la estructura, se convierte en una de sus principales aplicaciones. Los pórticos y arcos, forman las estructuras más espectaculares que se pueden realizar con madera laminada encolada, puesto que la curvatura de las propias piezas, adaptándose a la morfología de la estructura ofrecen un estilo muy singular, difícil de conseguir con otros materiales. La disposición de pórticos de madera laminada encolada nos lleva casi siempre a adoptar una solución articulada en sus apoyos, para liberar al soporte y anclaje, de momentos flectores en dicho punto. Por pórtico se entiende un sistema de dos o tres articulaciones, con unas traviesas horizontales u oblicuas, con empotramientos de pilares con uniones adecuadas en cada caso. 4.1.- Pórticos biarticulados.- Se presentan en construcciones de poca luz entre apoyos, disponiendo vigas de gran canto, bien planas o con pendiente en su parte superior para alojar la cubierta. 32 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 4.1.- Pórticos triarticulados.- Su estructura permite alcanzar luces mayores que con la disposición anterior y suelen realizarse en pabellones y grandes superficies de luz importante, ofreciendo Sus innumerables disposiciones, aprovechar al máximo las posibilidades del material, realizando piezas continuas y curvas, dejando ver el funcionamiento de la estructura. Las articulaciones en su parte central se resuelven con elementos metálicos, como vemos en las figuras, dejando libre el movimiento de giro, y coaccionando los desplazamientos laterales. 33 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Por supuesto debemos dotar de estabilidad transversal a la estructura en su conjunto, mediante arriostramientos en los planos perpendiculares a los pórticos. 4.3.- Pórticos en voladizo.- Su uso queda justificado en la realización de graderíos, parches anexos a edificación, y elementos que no puedan tener más de un apoyo. El fuerte empotramiento del soporte es condición fundamental de estabilidad. Predimensionado de pórticos 34 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 35 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 5.- ARCOS. Se ejecutan de la misma forma que los pórticos, variando únicamente en la morfología de las piezas que componen la estructura. Los más comunes son los arcos triarticulados, ya que se corresponden con las luces mayores. Los empujes horizontales que se transmiten a los apoyos son muy importantes, debiendo disponer tirantes, en los casos en que el terreno o la estructura de base no sean capaces de absorberlos. Distinguiremos dos funcionamientos diferentes de la misma tipología según sean su número de articulaciones: - Isostático, con tres articulaciones - Hiperestático, con dos articulaciones. Para la realización de las estructuras que se apoyan en muros, la técnica del arco, partido o continuo, es una de las más interesantes, con la posibilidad de ser atirantados. La elección de la forma arco presenta diferentes ventajas, ya no sólo por ser la forma que permite conseguir grandes luces de la manera más sencilla, sino por permitir la creación de arcos con gran altura, que generan espacios polivalentes, la creación de altillos y, por lo tanto la duplicidad de plantas que permite el total aprovechamiento de espacios con un gran volumen a fin de ser aprovechado al máximo, o la articulación de un espacio de gran altura con una luz natural muy controlada. 36 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 14 Lección 53 Predimensionado de arcos Las articulaciones en los arranques se pueden realizar como se muestra en las figuras: 37
