INFORME 3

Diego Hincapie

Manuela NEu

Laura Ortegate

MAria Paula Pinilla

Marisol Rodriguez

Juan Camilo Salazar

Seminario Estructuras de MAdera

Universidad de los andes

201401

1 MARco teórico

L A madera

Apl icaciones

La madera es un polímero natural orgánico, que ha acompañado al hombre 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 y estabilidad geométrica, 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, 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

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 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 donde sus cordones superior 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 sus diagonales tengan la misma longitud. Para reducir los

esfuerzos de compresión y flexión se 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, se le conoce además como viga armada o de celosía y puede solucionar 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 grandes 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, la aplicación de la cercha en cubiertas permite ampliar el espacio. La combinación de la

cercha tijera con otros tipo de cercha, como la cercha paralela, cercha rey, 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 cubrir

grandes luces, sino también una combinación general de sistemas 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 Techumbre. Página 261

E J EMPLOSPuente en L i l l e fjord , Noruega2006

Parque de Arqu it ectura , J i nhua , Ch ina2002

El diseño del puente combina una consideración estética basada en la funcionalidad estructural que debe cumplir el artefacto.

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.

2 Descripción de la propuesta

Obj et ivos y det erm inantes

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 aplicados en

el diseño y construccion de un puente.

Así mismo, el diseño del puente debía cumplir con ciertas determinantes, para darle un mayor grado de complejidad al ejercicio.

1 2

3 4

Debe vencer una luz de 3.00 m Debe levantarse 0.90m del suelo

Debe usarse una sección máxima

de 4x9cm de madera de pino

Debe soportar 200Kg

descri pción general

La primera aproximacion al puente

consistio en utilizar dos cerchas tipo

paralela, donde su cuerda inferior

funcionara como el piso del puente.

La segunda aproximacion se ocupo de

explorar las ventajas de la cercha tipo tijera.

Sin embargo, este esquema sugeria un

estudio profundo de esfuerzos en los

apoyos, pues estos tienden a abrirse.

La tercera aproximacion se baso en tratar

de mezclar los dos anteriores tipos de

cerchas en busqueda de simplificar al

maximo la propuesta.

Finalmente, 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 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.

Despi ece y l i sta de mater ia l es

x2

Varilla roscada 12cm

16cm

16und

Puntilla 1” 144und

14und

Tornillo

autoperforante

1”

3”

165und

92und

1 1/2” 108und

Cálculo del volumen de madera utilizados

1.3909m3

1.4909m3

0.1m3

PINO OSB Ésta cantidad de madera utilizada es aproximadamente la

misma cantidad de madera que hay en un tronco de 7.5 metros

de altura y un diametro de 0.5 metros.

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25

ARQ_01Contiene: Alzados y Planta general

Alzado Lateral

Alzado Frontal

Planta General

Proyecto: Puente

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25

ARQ_02Contiene:Corte Long. y Planta estructural

Corte Longitudinal

Planta Estructural

Proyecto: Puente

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:5

ARQ_03Contiene: Detalles Constructivos

Detalle ARQ_01Detalle de unión entre diagonales, montante, cuerda superior y cartela

1. Cartela de OSB 40cm x 30cm2. Puntillaa de 1’’

Proyecto: Puente

3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm

Detalle ARQ_02Detalle de unión entre elementosque componen la diagonal por medio de cartelas

1. Cartela de OSB 30cm x 9cm2. Puntilla de 1’’3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm

Detalle ARQ_03Detalle de unión escalón

1. Tabla de OSB de 90cm x 30cm2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm x 90cm3. Listón de madera de pino 4cm x 9cm

Detalle ARQ_04Detalle de unión entre paral ycuerda superior

1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm

Detalle ARQ_06Detalle de unión entre ladiagonal y el paral

1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:5

ARQ_04Contiene: Detalles ConstructivosProyecto: Puente

Detalle ARQ_07Detalle de rigidización de laestructura de piso

1. Listón de madera de pino 4cm x 4cm2. Puntilla de 3’’

Detalle ARQ_08Detalle de unión de rigidi-zante entre la diagonal y el paral.

1. Varilla roscada de 1/4’’ 12cm2. Listón de madera de pino 4cm x 9cm3. Taco de madera de pino e=4cm4. Escalón

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:5

ARQ_05Contiene: Detalles ConstructivosProyecto: Puente

Detalle ARQ_09Detalle de unión entre elementosque componen el escalón.

1. Tabla de OSB 90cm x 30cm x 1.8cm2. 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

Institución: Universidad de Los Andes Materia: Seminario Estructuras de Madera Escala: 1:25

ARQ_06Contiene: AxonometríasProyecto: Puente

PRoceso COnstructivo

1. Selección del material

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).

5. Disposición de la cuerda superior del marco de la cercha paralela.

6. Unión por medio de cartelas de las diagonales de la cercha tijera, la montante y la cuerda superior del marco de la cercha paralela.

7. Unión por medio de varilla 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 iguales.

10. Unión de las dos cerchas desde la cuerda inferior del marco de la cercha paralela para generar la estructura del piso.

11. Rigidización 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.

16. Instalación de los listones del piso con tornillos autoperforantes.

13. Unión de las riostras de la estructura del piso, con tornillos autoperforanres, donde se apoyaran los listones del piso

14. Unión con tornillos autoperforantes de los apoyos de los pasos de las escaleras.

15. Instalación de los pasos de las escaleras sobre

Para el desarrollo del puente, se tomó como 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. Para garantizar la continuidad del apoyo en la vertical, se prolon-

gan los parales externos de la cercha.

3 Análisis estructural del diseño

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 integral de la nueva estructura. Son un para de elementos suelto. Para 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 dimen-

siones 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, pues permiten conectar en un solo punto varios planos.

Las conexiones entre las dos estructuras de soporte 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 el material y evitar complejizar 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

proporciones de los elementos para lograr un diseño esbelto; depurar la forma y al mismo tiempo asegurar un rigor estructural.

Trabajamos los elementos en varios planos, lo cual permitió una facilidad a la hora de ensamblar el puente. Juntar las diferentes

piezas 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 y el peldaño se

movía a la hora de aplicarle peso.

BIBLIOGRAFIABaus, U., & Schlaich, M. (2008). Footbridges. Basel, Switzerland : Birkhäuser.

Gottemoeller, 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-9249173_1/courses/201410_ARQU3325_01/principios.pdf

https://sicuaplus.uniandes.edu.co/bbcswebdav/pid-793535-dt-content-rid-9199618_1/courses/201410_ARQU3325_01/naturaleza%20del%20material.pdf

http://www.cscae.com/area_tecnica/aitim/actividades/act_paginas/libro/45%20Puentes.pdf

http://www.plataformaarquitectura.cl/2007/08/10/parque-de-arquitectura-jinhua-china/