INFORME 3 Diego Hincapie Manuela NEu Laura Ortegate Seminario Estructuras de MAdera
MAria Paula Pinilla
Universidad de los andes
Marisol Rodriguez
201401
Juan Camilo Salazar
teór ico 1 MARco teóri LA madera La madera es un polímero natural orgánico, que ha acompañado al ho mbre como recurso natural, herramienta y sistema constructivo desde tiempos primitivos. Este material cuenta con propiedades físicas (contenido de la humedad, su bajo peso, su densidad, conductividad térmica) propiedades mecánicas (rigidez, fuerza, resistencia) propiedades ambientales (absorción de CO2) y principios estructurales debido a su resistencia, rigidez, equilibrio equilibrio y estabilidad geométrica, dada dada gracias a la correcta aplicación de una lógica geométrica, elementos estabilizadores y uniones.
Las uniones se dan gracias a la junta seca, un sistema estructural que implica la conexión de dos o más elementos de unión entre las partes de una estructura en madera. Son determinantes estructurales, estructurales, constructivos y arquitectónicos y los responsables de la transmisión de cargas y esfuerzos de la misma. Varían entre aquellas que son encoladas, de contacto y mecánicas. Éstas últimas son aquellas fijas o desmontables, metálicas, que es la unión más común en la construcción en madera (clavos, pernos, entre otros). Lo que se busca con las uniones es brindarle estabilidad geométrica a la estructura, ya que estos elementos adicionales permiten que ésta no se deforme o presente alguna modificación en sus ángulos.
Uno de los elementos estructurales más usados para brindarle estabilidad geométrica a una construcción son las cerchas. Las cerchas son elementos estructurales articulados empleados para la construcción. Su uso facilita la solución al desarrollo de cubiertas, puentes y edificios porque son elementos que por su lógica geométrica logran vencer grandes luces; su unidad geométrica básica es el triángulo, y la combinación de esta unidad conformara la cercha. Su diseño es fácil y rápido, puede ser prefabricado y armado directamente en obra. v
Aplicaciones La utilización de madera es muy útil para la construcción de estructuras de grandes luces como puentes y cubiertas. La comprensión de las propiedades del material, desde la prehistoria ha tenido un uso tradicional y ha permitido a lo largo de los años, el desarrollo de nuevas técnicas constructivas en la realización de puentes puentes y otras estructuras. Una de las cerchas más utilizadas para la realización de este tipo de estructuras es una cercha paralela de madera, de forma rectangular, también conocida como cercha de cordones paralelos o cercha plana, que es aquella aquella donde sus cordones superior or e inferior son paralelos. Adicionalmente, la distribución de sus piezas internas se asemeja a una variación de una cercha tipo Warren, es decir, aquella que en su interior conforma triángulos equiláteros, permitiendo que todas s us diagonales tengan la misma longitud. Para reducir los esfuerzos de compresión y flexión s e le adhieren montantes de refuerzo (Ver Fig. 2)
!
"CORMA; “La construcción de viviendas en madera”; Unidad 11: Estructura de Techumbre. Página 261 "
Al ser del tipo rectangular, ar, se le conoce además como viga armada o de celosía y puede solucionar onar luces desde los 7m hasta los 30 m , Otra cercha útil para la construcción de un puente es la de tipo tijera. La geometría de la cercha tijera permite cubrir g randes luces, hasta 20 metros. En esencia la cercha tijera está compuesta por un cordón superior con una unión en el centro y el cordón inferior se separa en dos partes y se cruzan en el centro. De esta manera todos los elementos se unen en un eje central creando una forma de “X”. Al eliminar todos los elementos horizontales y verticales, cales, la aplicación aplicación de la cercha en cubiertas permite ampliar ampliar el espacio. La combinación nación de la cercha tijera con otros tipo de cercha, como la cercha paralela, cercha cercha rey, cercha cercha reina, etc., permite una amplia diversidad de aplicaciones para puentes y otros elementos que deben cubrir grandes luces.
Para combinar los diferentes tipos de cerchas se debe tener en cuenta la composición geométrica de cada una de ellas. Como base geométrica se toma el triángulo, lo cual asegura una mayor resistencia y rigidización del elemento que se construya. Componer la cercha a partir de la agrupación de triángulos da pie para un sinfín de diseños que pueden variar en su complejidad, pero que en la mayoría de los casos permitirían cubrir grandes luces. La construcción de un puente requiere no solo de la combinación de la cercha para permitir permitir cubrir grandes luces, sino también una combinación general de sistemas para para cerciorar su funcionalidad. Como tal se deben tener en cuenta las uniones entre la cercha, los elementos de piso, los elementos de baranda y escaleras. Los puentes en madera pueden ser tanto para un uso vehicular y peatonal. Se clasifican por dos grupos: en placas de madera, aquellas estructuras construidas por variedad de elementos formando placas, y de barras, donde la estructura se forma a partir de piezas lineales, como listones. Los materiales que se pueden utilizar son madera laminada o rolliza.
CORMA; “La construcción de viviendas en madera”; Unidad 11: Estructura de Te Techumbre. chumbre. Página 261
EJEMPLOS Puente en Lillefjord, Noruega 2006
El diseño del puente combina una consideración estética basada en la funcionalidad estructural que debe cumplir el artefacto. Parque de Arquitectura, Jinhua, China 2002
De manera poco ocnvencional este puente contempla la rrigidización por medio de una plegadura en su superficie inferior. La estructura general del puente funciona como un solo elemento.
ropues uest ta 2 Descripción de la prop O b j e t i v o s y d e t e r m i n a nt nt e s
El ejercicio nace a partir de la idea de integrar los conocimientos adquiridos en los ejercicios anteriores (principios constructivos, cercha y sistema), con el fin de que sean s ean aplicados en el diseño y construccion de un puente.
Así mismo, el diseño del puente puente debía cumplir con ciertas ertas determinantes, para darle un mayor grado de complejidad complejidad al ejercicio. ejercicio.
1
2
Debe vencer una luz de 3.00 m
3
Debe levantarse 0.90m del suelo
4
Debe usarse una sección máxima de 4x9cm de madera de pino
Debe soportar 200Kg
descripción general
La primera aproximacion al puente
La segunda aproximacion se ocupo de
La tercera aproximacion se baso en tratar
consistio en utilizar dos cerchas tipo
explorar las ventajas de la cercha tipo tijera.
de mezclar los dos anteriores tipos de
paralela, donde su cuerda inferior
Sin embargo, este esquema sugeria un
cerchas en busqueda de simplificar al
funcionara como el piso del puente.
estudio profundo de esfuerzos en los
maximo la propuesta.
apoyos, pues estos tienden a abrirse.
F inalmente, inalmente, la propuesta a la que se llego, consiste en uso de la cuerda inferior de la cercha tijera(1) y del marco de la cercha paralela(2), de tal forma que uniendolas, la cuerda superior funcione como rigidizador ante las cargas horizontales, y la cercha, ya modificada, como pórtico que que sostiene el piso del puente. Siguiente a esto, al duplicar esta pieza, si hizo necesario el arriostramiento, tanto en la estructura del piso como en entre las columnas.
Despiece y lista de materiales
x2
Varilla roscada
12cm
16und
16cm
14und
Tornillo T ornillo
1”
165und
autoperforante
3”
92und
Puntilla
1”
144und
1 1/2”
108und
Cálculo del volumen de madera utilizado s
PINO
OSB
1.3909 3909m m
3
1.4909 4909m m3
Ésta cantidad de madera utilizada es aproximadamente la misma cantidad de madera que hay en un tronco de 7.5 metros
0.1m3
de altura y un diametro de 0.5 metros .
Alzad Alz adoo Late Lateral ral
Alzad Alz adoo Fron Frontal tal
Planta General
Institución:: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Institución Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25 Escala: 1:25 Proyecto:: Puente Proyecto
Contiene: Alzados Contiene: Alzados y Planta general
ARQ_01
Planta Estructural
Corte Longitudinal
Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25 Proyecto: Puente
Contiene:Corte Long. y Planta estructural
ARQ_02
Detalle ARQ_01 Detalle de unión entre diagonales, montante, cuerda superior y cartela
Detalle ARQ_02 Detalle de unión entre elementos que componen la diagonal por medio de cartelas
Detalle ARQ_04 Detalle de unión entre paral y cuerda superior
1. Cartela de OSB 40cm x 30cm 2. Puntillaa de 1’’ 3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
1. Cartela de OSB 30cm x 9cm 2. Puntilla de 1’’ 3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
Detalle ARQ_03
1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm 2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
Detalle ARQ_06
Detalle de unión escalón
Detalle de unión entre la diagonal y el paral
1. Tabla de OSB de 90cm x 30cm 2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm x 90cm 3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm 2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
1:55 Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1: Proyecto: Puente
Contiene: Detalles Constructivos
ARQ_03
Detalle ARQ_07
1. Listón de madera de pino 4cm x 4cm
Detalle de rigidización de la estructura de piso
2. Puntilla de 3’’
Detalle ARQ_08 Detalle de unión de rigidizante entre la diagonal y el paral.
1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm 2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm 3. Taco de madera de pino e=4cm 4. Escalón
1:55 Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1: Proyecto: Puente
Contiene: Detalles Constructivos
ARQ_04
Detalle ARQ_09
1. Tabla de OSB 90cm x 30cm x 1.8cm
Detalle de unión entre elementos que componen el escalón.
2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm x 90cm 3. Puntilla de 1’’ 4. Tornillo autoperforante de 2’’ 5. Listón de madera de pino 4cm x 9cm
1:55 Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1: Proyecto: Puente
Contiene: Detalles Constructivos
ARQ_05
Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25 Proyecto: Puente
Contiene: Axonometrías
ARQ_06
PRoceso COnstructivo
5. Disposició Disposición n de la cuerda superior del marco de la cercha paralela.
1. Selección del material
6. Unión por medio de cartelas de las diagonales diagonales de la cercha tijera, la montante y la cuerda superior del marco de la cercha paralela. 2. Corte de la madera con las medidas adecuadas para la construcción
3. Unión por medio de cartelas para lograr la longitud de las diagonales de la cercha tijera.
4. Disposición de la montante central resultante de la mezcla de los dos tipos de cercha utilizados en el diseño. (tijera y paralela).
7. Unión por medio de varilla roscada, roscada, tuercas y paralelas de los dos parales laterales que forman el pórtico de la cercha paralela modificada.
8. Unión de las diagonales con varilla roscada, tuercas y arandelas, para rigidizar y evitar que la cercha se abra y no funcione adecuadamente.
9. Realizar dos veces el proceso anterior para generar dos cerchas
13. Unión de las riostras de la estructura del piso, con tornillos autoperforanres,
iguales.
donde se apoyaran los listones del piso
10. Unión de las dos cerchas desde la cuerda inferior del marco de la cercha paralela para generar la estructura del piso.
11. Rigidización gidización de la estructura base del puente, por medio de diagonales entre los pórticos de las dos cerchas.
12. Rigidizacion de la estructura del piso por medio de diagonales unidas con tornillos autoperforantes.
14. Unión con tornillos autoperforantes de los apoyos de los pasos de las escaleras.
15. Instalación de los pasos de las escaleras sobre
16. Instalación de los listones del piso con tornillos autoperforantes.
Anális isis is estru estruct ctur ural al del diseño 3 Anál Para el desarrollo del puente, se tomó com o base estructural una cercha paralela. Este tipo de cercha, gracias a su geometría, a parte de permitir salvar la luz de 3 metros entre los apoyos, adquiere el valor agregado de que se convierte a su vez en las barandas del puente. De esta manera se busca una eficiencia en el uso de material al reducirse la cantidad de madera usada sin función estructural.
Los puntos de apoyo de la cercha se levantan 90 cm del nivel del suelo. P ara garantizar la continuidad del apoyo en la vertical, se prolongan los parales externos de la cercha.
Ahora existe la necesidad de crear un par de escaleras de acceso al puente. Para que los soportes de los pasos no se conviertan en un elemento añadido a la cercha posteriormente, se decide integrar este soporte dentro de la estructura ya existente. Al igual que al levantar el puente, estos apoyos son la prolongación de los ejes de un elemento estructural de la cercha; para este caso las diagonales que rigidizan la geometría de la cercha.
En este punto, la base de la cercha paralela funciona correctamente, pero las nuevas extensiones pueden deformarse fácilmente, pues no tienen más puntos de conexión que garanticen un trabajo trabajo integral de la nueva nueva estructura. Son un para de elementos suelto. Para continuar continuar con la rigidización a través de la geometría, las extensiones se conectan a través de una diagonal que crea un triángulo entre estos elementos, y evita que éstas se abran al aplicarle una carga al puente. En este punto, ya está garantizada la estabilidad en dos dimensiones del puente (largo y alto).
Para la creación del puente, se toman estas dos estructuras y se separan 90 cm. Se aprovecha la geometría de la cercha paralela para soportar el acabado de piso. Sobre el cordón inferior de la cercha base se apoyan los soportes de los listones.
Desde la vista lateral, las dos estructuras conectadas en el cordón inferior crean una estructura en H, susceptible a deformarse y caerse al aplicar cargas laterales. Por ello se decide rigidizar la geometría con un par de diagonales que forman una X en la parte inferior de la estructura. Dichas Xs conectan los apoyos principales al suelo, es decir los parales de los extremos que se habían prolongado inicialmente para garantizar el equilibrio geométrico del puente.
Para evitar desplazamiento de las dos cerchas, vistos en planta, el marco que crea la base del suelo es reforzado con riostras en las esquinas del rectángulo que conforma el suelo del puente complementario a los apoyos segundarios del mismo.
Para poder crear la estructura, de la manera más eficiente posible en cuanto a la cantidad de material usado, las cerchas individuales no presentan simetría en sus planos, sino que la simetría se aplica al conjunto completo del puente. Así garantizamos que los componentes están totalmente integrados, y que disminuimos la posibilidad de crear un puente sobredimesionado.
La base de cada cercha se concentra en el nudo al que llegan mayor cantidad de ejes y los elementos que en ellos se encuentran. Estos ejes son construidos en un único plano y son unidos a través de un único par de cartelas, creando una estructura con un carácter radial.
Como todos estos ejes quedan libres, los parales laterales y el cordón inferior se usan para rigidizarlos y completar la geometría de la cercha paralela. Cada uno se localiza en un plano opuesto: los parales en el plano exterior y el cordón inferior en el plano interior; esto pensando en crear la simetría a partir del conjunto.
Aquí las conexiones son articuladas, culadas, pues permiten conectar conectar en un solo punto varios planos. planos.
Las conexiones entre las dos estructuras de so porte del puente, se realizan a través de tornillos autoperforantes, ya que como se encuentran perpendiculares a las estructuras, no es posible desarrollar uniones articuladas con los materiales que se usaron para la construcción del puente.
4 CONCLUSIONES En general el ejercicio fue un aprendizaje acerca de la combinación de sistemas de diferentes elementos aprendidos hasta el momento en el curso para crear un solo elemento funcional. Como punto de partida lo importante era componer el puente a partir del entendimiento de la unión de elementos en madera y la geometrización de los elementos para asegurar que el puente fuera rígido y por ende utilizable. Adicionalmente diseñar el puente de tal manera que los mismos elementos estructurales sirvieran de baranda y gualdera para economizar economizar el material y evitar complejizar visualmente visualmente el puente. Combinar los elementos estructurales con el componente estético. No ocultar la estructura, sino hacerla parte del diseño. La combinación de la cercha tijera y la cercha paralela permitió esto. El objetivo era trabajar con la simetría, el orden y las proporcioness de los elementos para lograr un diseño esbelto; depurar la forma y al mismo tiempo asegurar un rigor estructural. proporcione Trabajamos T rabajamos los elementos en en varios planos, lo cual permitió permitió una facilidad idad a la hora de ensamblar ensamblar el puente. puente. Juntar las las diferentes diferentes piezas prefabricadas prefabricadas rápidamente resulto en que el puente fuera auto portante y autónomo. Únicamente en la unión de los peldaños a la gualdera encontramos una falla estructural, pues los apoyos no estaban asegurados debidamente debidamente y el peldaño se movía a la hora de aplicarle peso.
BIBLIOGRAFIA Baus, U., & Schlaich, M. (2008). Footbridges. Basel, Switzerland : Birkhäuser Birkhäuser..
Gottemoeller, F. F. (1998). Bridgescape the art of designing bridges. New York, USA: John Wiley & Sons, Inc. Roig, J. (1996). Nuevos puentes. Barcelona, España: Editorial Gustavo Gili, S.A. https://sicuaplus.uniandes.edu.co/bbcswebdav/pid-799930-dt-content-rid andes.edu.co/bbcswebdav/pid-799930-dt-content-rid-9249173_1/courses/201410_ARQU3325_0 -9249173_1/courses/201410_ARQU3325_0 1/principios.pdf https://sicuaplus.uniandes.edu.co/bbcswebdav/pid-793535-dt-content-rid andes.edu.co/bbcswebdav/pid-793535-dt-content-rid -9199618_1/courses/201410_ARQU3325_01/naturaleza%20del%20material.pdf http://www.cscae.com/area_tecnic http://www .cscae.com/area_tecnica/aitim/activid a/aitim/actividades/act_paginas/lib ades/act_paginas/libro/45%20Puentes.pdf ro/45%20Puentes.pdf http://www.plataformaarquitec http://www .plataformaarquitectura.cl/2007/08/10/parquetura.cl/2007/08/10/parque-de-arquitectura-jinhua de-arquitectura-jinhua-china/ -china/
