CUBIERTAS DE ACERO (CÁLCULO Y CONSTRUCCION)

Los progresos del arte de la construcción y en partícular la construcción metálica durante las ultimas decadas han sido notables.Esta evolución tiene como fundamento la normalización, siendo sus puntos básicos, el perfeccionamiento de los métodos de cálculos, el estudio físico químico del acero de construcción y los modernos métodos de ensamblaje, con los que se obtienen estructuras livianas y de poco volumén.

De esta normalización, los aceros más usados en construcciones metálicas son, el T, el doble T, el U, los ángulos o cantoneras y los aceros redondos y cuadrados; todos estos aceros son de fabricación “standard” y empleados en el mundo entero, excepto Inglaterra y los Estados Unidos de Norteamericano, donde poseen sus perfiles propios, con dimensiones expresados en pulgadas.

Estos perfiles son de fabricación de acero colado dulce y su resistencia es: Para acero colado dulce, (tipo A-3724 ES).

Rotura a tracción: 3700 kg/cm 2

Rotura al corte : 2800 kg/cm 2

En esta unidad se entregara las formulas por las cuales se calculan de manera aproximada el peso de las armaduras metálicas. Esta consiste en multiplicar el cuadrado de la luz por la distancia entre armaduras en metros.

El asiento de armaduras sobre paredes se hará como se indica en la figura (1)

28 22

45 30

figura 1

1

I PARTES Y MAGNITUDES DE UNAARMADURA (CERCHA O CUCHILLO)

pendolón cumbrera Fuerza (carga)

par montante nudo

pendiente punta

diagonal tirante tornapuntaluz de la naveluz de la armadura

II TIPOS DE ARMADURAS

a) Armadura tipo económico Nº1

b) Armadura tipo económico Nº2

2

c) Armadura tipo Malla inglesa

Cuando la luz de la nave a cubrir es grande, la armadura más indicada es el de la malla inglesa.

d) Armadura tipo Américano.

La única variación que existe entre este tipo y el anterior es, la posición de las barras inclínadas.Las barras así trabajan a tracción, y por lo tanto se armaran con un solo angular

e) Armadura Polonceau

Este tipo de armadura, tiene la ventaja sobre los cuchillos tipo Inglés o Américano, de que las piezas que estan sometidas a compresión son de menor longitud que la de los referidos sistemas, y por lo tanto son menores sus perfiles.

3

f) Armaduras Polonceau de 3 manguetas par y tirante Horizontal

Esta armadura es similar a la anterior, la diferencia es que este tipo de armadura se ocupa en cerchas de mayor longitud (sobre los 9 mts)

g) Portico con falso tirante

Este tipo de portico se realiza en maderas como en construcciones metálicas. Es muy común ver este tipo de construcción en naves industriales.

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III CUBIERTAS ESPECIALES

La arquitectura, al igual que varias ramas industriales, nos han proporcionado modelos que establecen un nuevo sistema de proporciones armonicas entre la recta y la curva, dando a estas obras un sentido de personalidad y unas características que la hacen inconfundibles.

A continuación vamos a presentar una selección de estos tipos, para poner de relieve las grandes y variadas posibilidades que los diferentes sistemas de cubrimientos nos ofrecen.

1. CUBIERTAS DE BOVEDAS PARABOLICAS.

En la actualidad las bóvedas parabólicas ofrecen a los arquitectos los más variados tipos de cubrición. Se dividen en bóvedas de directrices circulares, elípticas, cicloidales, de simple o doble covertura, etc., produciendo superficies cilíndricas diversas que estan de acuerdo con los nuevos gustos y formas de la arquitectura moderna

Estas construcciones han ofrecidos soluciones constructivas y arquitectónicas de sorprendente belleza, a continuación hacemos el estudio de algunos tipos de bóvedas construídas.

a) Bóvedas Parabolicas de superficies Triangulares y Romboidales.

Corresponde a una construcción que ha tenido que ajustarse a la disposición del terreno que ocupa, terreno que tiene forma romboidal con ángulos de 120º. Resulto una estructura compuesta por bóvedas parabólicas de superficies triangulares y romboidales, que se cortan tres a tres formando un sistema de cruceros (fig. 3). Quedan por lo tanto, determinados elementos estructurales por los nervios de sus intersecciones que se comportan como arcos de gran rigidez, junto con los contrafuertes de apoyo (fig. 2).

Este tipo de construcciones no han nacido por un simple capricho de originalidad arquitectonica, sino impuesto por una necesidad, la de aprovechar mejor el terreno. Tratandose de un mercado es lógico que las columnas serían un estorbo, por lo que este tipo de construcciones nos proporciona una mayor comodidad y un mayor margen para la disposición de las distintas dependencias que han de commponer el referido mercado

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Boveda Romboidal

Figura 2

Figura 3

b) Bovedas tipo hangar

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El encofrado de este tipo de construcción es generalmente utilizado para las secciones de mantenimientos de las lineas aeronauticas y fuerzas aereas de paises occidentales y americanos. El armado es simple y su utilización se masifico y ahora se pueden ver este tipo de bovedas en graneros y en almacenajes varios.

c) Bóveda tipo luneto

Este tipo de cubrimiento es utilizado frecuentemente en las naves industriales, pero también podemos ver estos diseños en algunos shoping de las grandes ciudades.Este sistema de encofrado es de facil montaje y desmontaje, esta cubierta se monta sobre armaduras desplazable, colocandose de nuevo con ayuda de una cimbra auxiliar.

Nota: La cimbra es un armazón para construir los arcos y bóvedas.

tttdt

h) Bóvedas parabolicas dispuestas en dientes de sierra

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Esta es una original solución adoptada para cubrir una nave industrial, donde el principal problema era conseguir una amplia entrada de luz, lo que ha inducido a los proyectistas a emplear bóvedas parabólicas, de ejes inclinados y desplazados, obteniendo una sección longitudinal tipo “sheed”.

Nota: sheed significa dientes de sierra.

i) Armado de cubiertas de naves auxiliares.

Cuando la luz de la nave pasa los 30 metros se puede emplear la construcción de 2 naves para una mejor resistencia a las fuerzas (p) que se originan (compresión y tracción)

18.0

12.00 31.00

g) Cubiertas Filigran

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Este sistema de cubiertas tiene como fundamento la unión de perfiles de acero ligero, con altura media por elemento de 20 a 30 cm, aunque para luces superiores a 25 metros, esta altura rebasa los 40 cm.Estos perfiles trabajan a 4000 kg/cm2 de rotura a tracción tanto en las platabandas como en las diagonales, debiéndose aclarar que platabandas son perfiles T de 20 a 25 cm.Este tipo de cubiertas se realizan completamente en el piso (taller) para luego elevarlos y colocarlos en su posición, estas cubiertas se pueden armar de pares y se van uniendo en la cumbrera por medio de un tubo de acero estirado.

Las características esenciales de la cubierta antes descrita cuyas posibilidades damos en la figura 4, son las siguientes:

1.- Rapidez de confección, ya que en un par de minutos de producción mecanizada, puede obtenerse de 2 a 3 metros lineales de celosía.

2.- Ligereza propia, posibilitando, por lo tanto, mayores sobrecargas por m2.

3.- Rapidez de montaje, dándose el caso de cubrirse una nave de 600 m2, en 4 horas de trabajo con reducido número de personal.

Fig.4.a

4.- Economía sobre otros tipos de cubiertas, ya que el peso por metro lineal de par es menor de 10 kg permitiendo cualquier material de cobertura, o sea, teja, fibrocemento, etc.

5.- La disposición triangulada de la misma, permite una perfecta adaptación a cualquier pendiente de cubierta, compensándose los empujes laterales, con el anclaje en las correas o forjados.

Como es una estructura metálica, tiene los mismos inconvenientes que la anterior, y para pintarla de forma corriente, o sea, con un pincel se hace difícil por las muchas partes anaccesibles a dicho pincel, por lo que se utilizan máquinas de pintar a pistola con lo que la pintura pulverizada se introduce en los sitios inaccesibles de la armadura.

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Otros ejemplos de Cubiertas Filigran

Figura. 4.b

Figura. 4.c

Figura. 4.d

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III CALCULO EN CONSTRUCCIÓN DE CUBIERTASMETALICAS.

a) Tenemos por ejemplo, una nave industrial, con los siguientes datos (fig. 5).

Luz de la nave: 14.56 metros Luz de armadura: 15 metros Separación entre armaduras: 4 metros La superestructura del techo es de chapa de fibrocemento con entramado de hierro.

Peso de la superestructura: 35 kg/m2. Presión del viento: 64 kg/m2. Pendiente: 40% (21º 50`)

3.0 m

14.56 m15.00 m

1º peso de la cubierta = peso superestructura + presión del viento

peso de la cubierta = 35 kg/m2 + 64 kg/m2

= 99 kg/m2

2º peso de la cubierta en proyección horizontal = peso cubiertacoseno pendiente

peso en proyección horizontal = 99 99 = 107 kg/m2

cos. 21º 50` 0,92827

3º peso aproximado de la Armadura= P = L2 X d

peso armadura = largo armadura X separación armadura peso armadura = 15 X 4 = 900 kg

peso por metro lineal = 900 = 60 kg 15

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4º- Altura del pendolón = Luz de la armadura X pendiente % 2

Altura del pendolón = 15 X 0,40 % = 3 metros2

5º- Semiluz de la armadura = 15 = 7,5 metros2

Longitud del par = semiluz armadura = 7,5 = 8,07 metros coseno 0,92827

Separación entre correas = 8,07 = 0,896 metros9

Carga por metro lineal:Peso propio de la armadura: 60 X 4 = 240 kgPeso propio de la cubierta: 106 X 4 = 424 kgSobre carga nieve: 75 X 4 = 300 kg

Total : 964 kg

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EJERCICIOS

1. Tenemos una nave industrial (armadura Economica Nº 2) con los siguientes datos;

a) Luz de la nave, 18 metrosb) Luz de la armadura, 18.40 metrosc) Pendiente, 50 % (26º 40`)d) Separación entre armadura, 3.5 metrose) La superestructura del techo es de plancha ondulada metálica, peso de la

superestructura es de 32 kg/m2.f) Presión del viento, 72 kg/m2.g) Sobre carga por nieve 75 kg/m2.h) Utilizar escala 1: 125

Utilizando datos, dibujar y cálcular;

1) Peso de la cubierta2) Peso de la cubierta en proyección horizontal3) Peso apróximado de la armadura – Peso metro lineal4) Altura del pendolón5) Semi luz de la armadura; longitud del par, separación entre correas (8)6) Carga por metro lineal7) ¿Cuál es la carga total que soporta la estructura (armadura y cubierta)?

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1.- Peso de la cubierta= peso de la superestructura + presión del viento

32 kg/m2 + 72 kg/m2 = 104 kg/m2

2.- Peso de la cubierta en proyección horizontal=

Peso de la cubierta = 104 = 104 = 114 kg/m2

Coseno pendiente 26º 40` 0,90875

3.- Peso apróximado de la armadura=

P = L2 x d P =18.40 X 3,5 = 1185 kg/m2

Peso por metro lineal= 1185 : 18.40 = 64.4 kg/m2

4.- Altura del pendolón = luz armadura X 0,50 = 18.40 X 0,50 % = 4,6 metros 2 2

5.- Semi luz armadura = 18.40 = 9,2 metros 2

Longitud del par = semi luz armadura = 9,2 = 10,12 metros Coseno pendiente 0,90875

Ó también se obtiene: semi luz armadura + altura del pendolón

9,2 + 4,6 = 10,28 = 10,3 metros

Separación entre correas= Longitud del par = 10,12 = 1,26 metro Separación correas 8

6.- Carga por metro lineal;

Peso propio de la armadura = 64,4 X 3,5 = 225,4 kg Peso propio de la cubierta = 114 X 3,5 = 399 kg Sobrecarga por nieve = 75 X 3,5 = 262,5 kg 887 kg/m lineal

7.- Carga total que soporta la estructura = Carga por metro lineal X Luz armadura = 887 x 18,40 = 16321 kg = 16,3 toneladas

2. Tenemos una nave industrial (armadura Malla Inglesa) con los siguientes datos;

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a) Luz de la nave, 19.44 metrosb) Luz de la armadura, 20 metrosc) Pendiente, 50 % (26º 40`)d) Separación entre cuchillos, 3.5 metrose) La cubierta es de material fibrocementof) Carga del par en proyección horizontal es de 906 kg/m linealg) Sobre carga por nieve 75 kg/m2.h) Utilizar escala 1: 125

Utilizando datos, dibujar y cálcular;

1) Altura del pendolón2) Semi luz de la armadura; longitud del par, separación entre correas (6)3) Peso apróximado de la armadura – Peso metro lineal4) ¿Cuál es el peso propio de la cubierta x metro lineal?5) ¿Cuál es la carga toatl que soporta la estructura (armadura y cubierta)

1.- Altura del pendolón = luz armadura X 0,50 = 20 X 0,50 % = 5 metros 2 2

15

2.- Semi luz armadura = 20 = 10 metros 2

Longitud del par = semi luz armadura = 10 = 11 metros Coseno pendiente 0,90875

Ó también se obtiene: semi luz armadura + altura del pendolón

10 + 5 = 11,2 = 11 metros

Separación entre correas= Longitud del par = 11 = 1, 83metro Separación correas 6

3.- Peso apróximado de la armadura=

P = L2 x d P = 20 X 3,5 = 1400 kg/m2

Peso por metro lineal= 1400: 20 = 70 kg/m2

4.- ¿Cuál es el peso propio de la cubierta? Tenemos los sigientes resultados;

. Carga por metro lineal;

Peso propio de la armadura = 70 X 3,5 = 245 kg Peso propio de la cubierta = 114 X 3,5 = 399 kg Sobrecarga por nieve = 75 X 3,5 = 262,5 kg 906 kg/m lineal

Respuesta : el peso de la cubierta es de 399 kg

5.- Carga total que soporta la estructura = Carga por metro lineal X Luz armadura = 906 x 20 = 18120 kg = 18,1 toneladas

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3. Tenemos una nave industrial (armadura Polonceau) con los siguientes datos;

a) Luz de la armadura, 8 metrosb) Pendiente, 40 % (21º 50`)c) Separación entre armadura, 4 metrosd) La cubierta es de material fibrocemento con entramado de hierro.e) Presión del viento 72 kg/m2

f) El peso propio de la cubierta, más sobre carga con proyección horizontal es de 212 kg/m2, por lo que corresponde una carga por metro lineal de 212 x 4 = 848 kg.

g) Utilizar escala 1: 50

Utilizando datos, dibujar y cálcular;

1) Altura del pendolón2) Semi luz de la armadura; longitud del par, separación entre correas (4)3) Cuál es la carga total que soporta la estructura (armadura y cubierta)

1.- Altura del pendolón = luz armadura X 0,50 = 8 X 0,40 % = 1,6 metros 2 2

2.- Semi luz armadura = 8 = 4 metros 2

Longitud del par = semi luz armadura = 4 = 4,31 metros Coseno pendiente 0,92827

Ó también se obtiene: semi luz armadura + altura del pendolon

4 + 1,6 = 4,31 metros

Separación entre correas= Longitud del par = 4,31 = 1, 08metro Separación correas 4

3.- Carga total que soporta la estructura = Carga por metro lineal X Luz armadura = 848 x 8 = 6784 kg = 6,78 toneladas

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IV MATERIAL DE COBERTURAS

El arte de construir está sufriendo constantemente modificaciones, dandose a conocer en su evolución el grado de concepción de las formas fundamentales y, al mismo tiempo, el grado de cada pueblo, ciudad o país.No obstante, algunos elementos no han sufrido hasta la fecha, transformaciones importantes, por el hecho de existir en arquitectura un factor determinante que es la economía.Por este motivo, haciendo historia el material impermeable de más reducida economía es el barro que, a pesar de las modernas técnicas constructivas existentes sigue empleadose en algunos pueblos autoctonos del mundo, pareciendo casi insustituible.

A continuación realizaremos el estudio de materiales de cubiertas que se ocupan en la actualidad;

TEJA: La historia nos dice que mucho antes de que la civilización occidental la empleara, los orientales ya la utilizaban para cubrir sus tejados.El tipo de teja que ha predominado durante siglos, es la teja arabe, colocandose aún hoy día en proporciones importantes.Algún tiempo después, con la aparición de la maquinaria ceramica nació la teja plana, alcansandose un éxito rotundo, debido al hecho de que con menos de la mitad de piezas ceramicas, se podía cubrir una superficie mayor que con tejas árebes, disminuyendo el peso de la cubierta considerablemente.

PLANCHA FIBRO-CEMENTO: Este material es fabricado a base de fibras de amianto ( 16 % apróximadamente) y cemento portland, comprimido y laminado presentandose en el mercado en chapas lisas y onduladas. Las chapas lisas son de un espesor de 4 a 8 mm, siendo su aplicación en la construcción de cubiertas especialmente para falsos techos o techo cielo raso.Las chapas onduladas se fabrican con los mismos espesores y con un largo de 1 a 2,5 metros, siendo muy empleadas en construcciones de tipo ligero, por su aislamiento termico, su aspecto agradable y su larga duración.Se colocan por medio de grapas especiales para sujetarlas a las correas de hierro o madera llevando su caballete cumbrera tambien de fibrocemento.

PIZARRA : Entre los materiales naturales de cobertura, la pizarra es la más antigua. Debido a la facilidad con que se recorta, la pizarra no necesita de otros materiales para cubrir todos los lugares de la cubierta. Las cubiertas pizarra suelen ofrecer un buen aislamiento contra la lluvia, nieve, viento y el polvo.Las más conocidos son las planchas “Ondutex”, de material fibrosa saturada de composición asfáltica; “Fitolit”, de material parecido al cartón-cuero: “Diafán”, de material plástico traslucido y “Verondulit”, de vidrio.La pizarra se adapta a todas las formas de cubiertas, sus apariencia es variada, con formas de escamas, rómbicas, rectangulares sin o con biseles. Miden entre 324 a 216 mm de largo por 222 a 95 mm de ancho y 2,7 a 4 mm de grueso y pesan entre 0,150 a 0,500 kg c/u.

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CUBIERTAS METALICAS: El zinc es un material de larga duración, debiendo cuidarse que no esté en contacto con cobre ni reciba aguas de canales de cobre. Se emplea en pendientes de 3 a 30º pero su gran dilatabilidad obliga a tomar muchas precauciones en los solapados. Se emplean grandes planchas, de 0.65 m. de ancho y de 1 mm de espesor encontrandose en varios largos 2 a 6 metros.Este tipo de cubiertas son muy ligeras, su peso es de 7 kg/m2.

Se emplean también hojas onduladas de 2 a 6 m, de largo por 0,85 m, de ancho Midiendo las ondas 0,03m de altura y 0,10 m de ancho. Igualmente existen otros modelos en el que se encuentra el tipo americano. El zinc es un mal aislante del calor y el frio, es por ello que no es muy utilizado en las construcciones de viviendas sociales, sí en construcciones de galpones, cobertizos y voladizos.

CUBIERTAS DE VIDRIO: El vidrio es una pasta compuesta de silicato alcalino, vaciado sobre planchas de acero, pulido en ambas caras, produciéndose así superficies completamente lisas, dando visión perfecta.Las principales características de este material son:

Peso específico = 2500 kg/m3

Resistencia a la compresión = 8 a 10 000 kg/cm2

Resistencia a la tracción = 200 a 600 kg/cm2

Para determinandos ambientes, por ejemplo, escaleras, talleres, estudios, etc., se recurre a lucernarios y claraboyas con lo que se logra aprovechar la máxima intensidad de luz natural y el mayor tiempo de trabajo con luz natural.Antiguamente se construían estos lucernarios con perfiles T invertidos sobre los que se apoyaban las baldosas de vidrio, tapando las juntas con masilla, pero al poco tiempo de instalados se producían inevitablemente goteras y filtraciones.Con las nuevas tecnologias se logra encontrar en el mercado algunos materiales sinteticos que son utilizados para impedir las filtraciones (fibras, gomas, materiales sinteticos varios).

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V DESAGUES

Antiguamente se construian las cubiertas y tejados sin canales de alero, con lo que el agua de lluvia caía alrededor del edificio o construcción, produciéndose verdaderas cascadas. En concecuencia provocaba filtraciones capaces de alterar la estabilidad de los cimientos de cualquier construcción, fue por este motivo que se origino la necesidad de recoger las aguas de lluvia por medio de canales que siguen el perímetro de la cubierta para verter el agua en un tubo vertical llamado bajante, el cual se une a otro horizontal que conduce al colector de aguas de la calle.Si el tejado tiene dos vertientes de desague, se dice que es a dos aguas. Estas dos vertientes a veces se inclinan hacia dentro, entonces exige un canal central que requiere cuidados especiales en su tamaño, construcción y colocación, motivo por los cuales tanto desagrada a los constructores.

Las dimensiones, tanto en las canales de alero como de las bajantes son dadas con relación al área del tejado. Para bajantes la sección por metro cuadrado de cubierta es de 0,80 cm2, y para el canal alero la sección será de 1 cm2 por m2 de cubierta.

Con estos datos, y con el objeto de evitar cálculos, en la tabla de dimenciones se da, a partir de las áreas de las cubiertas, los diametros de los bajantes y canales de alero.

TABLA: DIMENCIONES DE BAJANTES Y CANALES PARA DESAGUES DE CUBIERTAS.

d

AREA DELTEJADO M2

D Cm

DESARROLLO TC x D = Cm

d Cm

DESARROLLOTC x d = Cm 2

25 5 16 8 12.5 35 6 19 10 16 48 7 22 11 17 63 8 25 13 20.5 80 9 28 14 22 98 10 31.5 16 25 119 11 34.5 17 26.5 142 12 38 19 30 165 13 41 21 33.5 192 14 44 22 34.5 220 15 47 24 38 250 16 50 25.5 40

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EJEMPLO DE CALCULO:

1) Tenemos un tejado a dos aguas. Cada una de las vertientes tiene 10 metros de largo por 6 metros de ancho, con lo que tenemos un área de 60 metros cuadrados.

RESPUESTA: Mirando la tabla anterior, tomaremos al cifra más aproximada (por exceso), en este caso es 63, a lo que corresponde para una bajante un diametro de 8 cm y al canal de alero un diametro de 13 cm.

Si las dos vertientes se inclinan hacia el centro, tendríamos un área de 120 metros cuadrados lo que nos da en la tabla un diámetro de bajantes de 11 cm y en la canal de alero un diametro de 17 cm.

En la misma tabla damos también el desarrollo de ambas piezas, lo que nos permite conocer la cantidad de material a emplear en una determinada obra.Las canales tienen ganchos de sujeción distanciados de 40 a 75 cm, con pendiente de 1 a 2 %.Las bajantes tienen abrazaderas de fijación cada 2 ó 3 metros, y un recubrimiento en los empalmes de 10 a 15 cm (aditivos y pegamentos).

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CODIGOS DE BARRA: La codificación nacio a mediados de los años 80` en un afán de utilizar la computación para el control de inventarios, de esta manera llevar un control optimo y producir un ahorro en la utilización de mano de obra, ya que se necesita menos personal de supervisión de inventarios.

VENTAJAS DEL SISTEMA:

Verificación de inventarios inmediato. Se rebaja automáticamente el inventario del producto al pasar el código por el

lector. Condiderable ahorro de tiempo de los ingenieros logisticos para solicitar

mercaderias. Mantención de la información al día. Ahorro de personal verificador de inventarios. Se asegura el funcionamiento del F.I.F.O (lo primero que entra es lo primero

que sale.

INCOTEM´S: Es un lenguaje universal. Son terminos usados en los contratos de compra en el extranjero. (Europa)

VERSIÓN AMPLIA: (EAN-13)(a) Los tres primeros digitos corresponden al País.(b) Los cuatro digitos siguientes corresponden a la empresa.(c) Los siguientes cinco digitos corresponden al número del producto.(d) Los dos últimos digitos corresponden al número verificador

7 80 8430 311118

PAIS Eº Producto Nº verificadorCHile

VERSIÓN REDUCIDA: (EAN 8) Corresponde a 8 digitos.

(e) Los tres primeros digitos corresponden al País.(f) Los cuatro digitos siguientes corresponden al producto(g) Los dos últimos digitos corresponden al número verificador.

NOTA: El sistema de codificacion americano es de 12 digitos.

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