Las cerchas de cubierta prefabricadas son significativamente más eficientes en el uso de materiales, económicas y efectivas que las soluciones tradicionales de carpintería. Un avance clave es el uso de productos de madera laminada encolada (GLULAM) y cerchas compuestas ensambladas a partir de secciones transversales y perfiles especiales, normalmente unidos mediante adhesivos o fijaciones mecánicas. Otro aspecto fundamental de su eficiencia es la ingeniería de precisión, donde cada dimensión de componente y conexión se determina mediante cálculos estructurales detallados, asegurando que cada elemento esté diseñado a medida. Las conexiones en las cerchas prefabricadas se realizan mediante pernos o conectores especialmente diseñados, evitando métodos de unión tradicionales que podrían comprometer la capacidad estructural.
Las conexiones características de las estructuras y cerchas de carpintería prefabricadas son las siguientes:
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Las uniones atornilladas se utilizan para alargar elementos que actúan como vigas comprimidas o tensadas, y para conectar diferentes elementos mediante uniones empalmadas. En estos casos, los vástagos y paredes de los pernos proporcionan las superficies de transferencia de carga. Los pernos se fijan con arandelas y tuercas.
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Las uniones con inserto de madera se usan típicamente para empalmar vigas comprimidas o tensadas. La transferencia de carga se realiza a través de insertos de madera dura, dispuestos de manera uniforme o individual. Los elementos se aprietan con pernos.
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En uniones con inserción metálica, las inserciones de madera se reemplazan con anillos divididos, placas de corte o dientes, u otros perfiles de acero.
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Las uniones con clavos se emplean generalmente para fijar tablas o tablones, pudiendo colocarse en diferentes configuraciones y filas múltiples.
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Los conectores tipo placa de clavos pueden unir elementos en el mismo plano y de igual grosor, aplicándose generalmente a ambos lados, permitiendo unir múltiples elementos.
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Conectores de dos o tres vías son elementos metálicos fabricados con precisión, diseñados para perfiles de madera y ángulos de unión específicos. Las conexiones perpendiculares se pueden hacer con colgadores de viga, escuadras, ángulos o placas base. Estos multi-conectores también se pueden usar para empalmar o anclar miembros inclinados (por ejemplo, vigas). Se pueden usar clavos, tornillos de madera o pernos con estos conectores..
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Cuando es necesario, se pueden realizar uniones encoladas in situ, por ejemplo, para aumentar la altura de las vigas o empalmar con placas de unión. Dichas conexiones pueden reforzarse combinándolas con otros métodos (por ejemplo, placas insertadas, anillos o pernos).
1. Cerchas prefabricadas
Las estructuras o cerchas prefabricadas utilizan dos tipos de disposición: a) Disposición espaciada b) Disposición densa
a) Disposición espaciada: las estructuras prefabricadas (por ejemplo, cerchas de madera) se colocan a lo largo de los ejes principales con intervalos de 3–5 espacios entre vigas. Las correas cumplen dos funciones: arriostramiento longitudinal y soporte de vigas.
La cercha del ejemplo se compone de tablones unidos con placas de empalme mediante pernos con las siguientes uniones:
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Las uniones de la cercha se forman con pernos de anclaje y bloques separadores de madera que sujetan los tablones entre sí.
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Las cerchas ensambladas se fijan a la viga perimetral y a la viga superior mediante conectores de dos vías.
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Las correas adicionales se conectan a las cerchas con pernos o escuadras.
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Las vigas se fijan de manera similar.
b) Disposición densa: los marcos o cerchas forman la estructura completa de las vigas. Para este propósito, se colocan con intervalos entre vigas de 90–140 cm.
Las conexiones típicas se muestran en el ejemplo:
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Las vigas de coronamiento se anclan a la viga perimetral (o estructura de forjado) mediante pernos de anclaje.
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Las cerchas o marcos se aseguran con escuadras de acero. Se usan tornillos autorroscantes para fijar los elementos.
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En las uniones de cerchas, los puntales se conectan mediante placas de clavos colocadas simétricamente a ambos lados.
El arriostramiento contra viento se proporciona mediante bandas fijadas en forma de cruz de San Andrés. Si es necesario, los tramos extremos se pueden reforzar con cerchas adicionales.
c) Cerchas prefabricadas soportadas por correas
Las robustas cerchas de madera maciza, generalmente apoyadas en paredes a dos aguas, se levantan en las posiciones de las correas, como en la construcción tradicional de techos con correas. Luego, se colocan las vigas sobre estas correas. La serie de pares de vigas se cuelga de las correas con vigas de atado. Los extremos de las vigas de atado se fijan a las vigas mediante pernos. Las vigas se aseguran adicionalmente a las correas con tornillos estructurales o escuadras..
2. Naves de Madera Laminada (GLULAM)
Las modernas estructuras de madera prefabricada son ideales para construir naves completas que cumplan con los requisitos actuales. Estos edificios pueden usarse para muchos fines, desde funciones industriales o agrícolas hasta edificios públicos para deportes o actividades culturales, y se construyen comúnmente con vigas de madera laminada encolada (glulam). La ventaja de estas vigas es que no se agrietan ni se deforman y tienen gran capacidad de carga, permitiendo luces de hasta 60–70 metros. Otra ventaja es que pueden fabricarse con secciones variables o formas curvas.
En nuestro ejemplo, presentamos una nave de madera cuyos pórticos consisten en dos columnas unidas por una viga de sección variable. Las columnas del pórtico se fijan a la placa base con elementos de acero soldados con placas de anclaje. La conexión de pilares dobles de sección variable con las vigas forma uniones rígidas en las esquinas con placas de acero cilíndricas dispuestas en círculo. En contraste, la conexión entre el pilar individual y la viga es mediante uniones articuladas, usando placas internas y pernos. Las correas se fijan entre los pórticos con elementos de acero ocultos. Para estabilidad lateral, se suele realizar un arriostramiento en forma de cruz de San Andrés en el segundo vano desde cada extremo a dos aguas. Se añaden vigas adicionales de sección menor para conectar los paneles de fachada.
3. Cerchas y Naves de Acero
Todos los tipos de estructuras construidas con cerchas de madera prefabricadas también pueden realizarse en acero. Las cerchas y uniones de acero también se diseñan y verifican mediante cálculos estructurales. Las ventajas de las estructuras de acero frente a las de madera son su mayor capacidad portante y rigidez alcanzable; sin embargo, la necesidad de protección contra la corrosión hace que su construcción y mantenimiento sean más complejos. Otro desafío es su alta sensibilidad a la dilatación térmica.
Las cerchas de acero pueden producirse con diferentes secciones:
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Secciones de acero conformadas en frío : C, Z, U o huecas.
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Secciones laminadas en caliente: I, H, U, C o huecas.
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Secciones unificadas.
Las conexiones en estructuras de acero son soldadas permanentemente o bien mediante uniones atornilladas desmontables. Los elementos de las cerchas de acero se conectan típicamente mediante placas de unión y pernos.
Las naves de acero suelen construirse a partir de pórticos rígidos soldados, cuyos nudos se refuerzan con rigidizadores y refuerzos en aleros y cumbreras. Los pilares y vigas se fabrican normalmente con secciones I o H. Los pilares se atornillan a la losa de hormigón mediante placas base soldadas. Los perfiles de correas más comunes son de sección Z y C, fijadas a los marcos rígidos con pernos. Las conexiones atornilladas aseguran los rieles que soportan los paneles de fachada, así como los arriostramientos diagonales que proporcionan resistencia al viento.