Cerchas y pabellones
Perfilado de sección
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Cerchas de madera tradicionales
CURSO 3 / MÓDULO 1 - CERCHAS Y PABELLONES / LECCIÓN 1 - CERCHAS DE MADERA TRADICIONALES
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Las cubiertas inclinadas son, tradicionalmente, incluso hoy en día, estructuras de cerchas de madera que pueden construirse en una gran variedad de formas y pendientes. Tanto la forma como la pendiente del techo cumplen funciones tanto funcionales como estéticas. El objetivo principal de las cubiertas es cumplir con los requisitos básicos de desempeño dictados por el clima: proteger el edificio de las condiciones atmosféricas como la precipitación, el viento, el frío y el calor, al tiempo que separa los espacios interiores destinados a almacenamiento, vivienda u otras funciones, similar a las paredes. La cercha de la cubierta actúa como la parte estructural portante del techo inclinado, soportando el peso del techo y transfiriéndolo a las estructuras inferiores.
Las formas de cubierta más utilizadas son las siguientes:
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Cubierta a dos aguas;
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Cubierta tipo pabellón o piramidal, incluyendo formas especiales como cúpula y cono;
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Cubierta inclinada a un agua;
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Cubierta a cuatro aguas;
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Cubierta a media agua;
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Cubierta mansarda;
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Cubierta a dos aguas tipo holandés.
Se distingue entre cubiertas de baja y alta pendiente según el ángulo de inclinación. Esta película muestra las estructuras de cerchas de madera tradicionales y contemporáneas más comunes:
1. Cubierta con cerchas
La cubierta con cerchas pareadas es una solución simple que puede usarse para luces de 5 a 7 metros. Tradicionalmente, los pares de vigas se conectan mediante una viga de atado que descansa sobre las vigas de pared con una sola unión ensanchada. Las vigas de atado también forman el sistema estructural del forjado, creando una cercha de techo integrada con el mismo. A menudo se instalan aleros en voladizo en los extremos de las vigas. Los aleros y extremos de las vigas se unen típicamente a las vigas de atado mediante uniones de caja ensartadas, mientras que las vigas se encuentran en la parte superior con uniones abiertas de espiga y mortaja. Toda la estructura se refuerza lateralmente con arriostramientos de viento que abarcan de 3 a 4 vigas.
En la construcción contemporánea, las cubiertas pareadas se ensamblan directamente sobre la estructura de forjado ya completado. Las vigas, generalmente espaciadas a intervalos de 90–100 cm, se fijan a la viga de coronamiento mediante uniones de encaje de “pico de pájaro”. La viga de coronamiento se ancla a la estructura del forjado inferior mediante pernos de anclaje. Las vigas se encuentran en la parte superior con una unión a tope, apoyándose en la viga cumbrera mediante encajes de “pico de pájaro”. Pares de vigas de atado conectan los extremos superiores de las vigas con uniones ensanchadas simples, proporcionando soporte total a la viga cumbrera.
2. Cubierta con viga de collar
La cubierta con viga de collar puede emplearse para luces de hasta aproximadamente 10 metros. En este caso, se instala una barra horizontal comprimida conocida como viga de collar entre los pares de vigas, actuando como soporte intermedio para evitar la deformación de las vigas.
La longitud máxima recomendada es de 4 metros. Tradicionalmente, el diseño típico utilizado era una unión de caja ensartada o una unión a cola de milano. La principal desventaja de estas soluciones es que debilitan las vigas precisamente en el punto de mayor esfuerzo de flexión. En otros aspectos, la cercha es idéntica a la cubierta con cerchas pareadas cerradas.En la construcción contemporánea, las vigas de collar y las vigas se aseguran con escuadras y correas fijadas con pernos. Todos los demás detalles de unión permanecen similares a la construcción estándar de cubierta con cerchas pareadas cerradas.
3. Cerchas con correas
En muchos tipos de cerchas, las vigas también se apoyan en puntos intermedios. El método de soporte más común son las correas, que transfieren la carga a postes o puntales situados en las cerchas principales. Las estructuras de techo construidas de esta manera se denominan cerchas con correas.
La cercha de correas más típica es la cubierta con doble correa, con luces de 10 a 12 metros. En los diseños tradicionales, las correas se apoyan en postes colocados sobre las vigas de atado, las cuales se apoyan lateralmente mediante puntales inclinados. Junto a los postes, las vigas de atado también ayudan a estabilizar la posición de las correas. Los refuerzos de rodilla refuerzan la conexión entre los postes y las correas.
Tipos de uniones típicas:
- Las vigas de atado y las vigas de collar se conectan a las vigas mediante uniones a cola de milano reforzadas con pernos.
- Las vigas de atado se conectan a los postes y a las correas mediante uniones ensanchadas simples; de igual forma, la viga cumbrera y las vigas de collar se unen mediante ensanchamientos simples.
- Los puntales se conectan tanto a los postes como a las vigas de atado mediante uniones de caja ensartadas.
- Los postes se conectan a las vigas de atado y correas mediante espigas rectas.
- Los refuerzos de rodilla unen los postes y las correas mediante espigas de caja ensartadas.
- Finalmente, las vigas se apoyan sobre las correas mediante uniones simples de “pico de pájaro”.
En la construcción moderna de cerchas, tanto los postes como los puntales inclinados descansan directamente sobre una placa de postes. Los métodos de unión se han simplificado respecto a los tradicionales; por ejemplo, los extremos de las vigas de atado utilizan uniones más simples en lugar de uniones a cola de milano.
La cubierta con triple correa es una versión mejorada de la cubierta con doble correa. Aquí, la viga cumbrera también se apoya en un poste. Está arriostrada lateralmente mediante puntales inclinados que siguen la alineación de los puntales inferiores y se fijan a las vigas de atado con pernos. Los refuerzos de rodilla conectan la viga cumbrera y el tercer poste central. Esta versión es adecuada para luces de 11 a 13 metros.
Una variación interesante de las cubiertas con doble y triple correa es la cercha mansarda tradicional, que maximiza el espacio útil del ático. El diseño mansarda presenta un perfil característico de techo a cuatro aguas quebrado, donde la sección bajo la correa asciende con mayor pendiente, mientras que la sección superior tiene una pendiente más suave.
4. Cerchas de suspensión
Las cerchas de suspensión utilizan vigas tensadas y postes de suspensión para soportar vigas horizontales. En el pasado, esta solución se utilizaba cuando no era posible proporcionar soporte de columna.
Las cerchas con poste rey abarcan hasta 8 metros. Los postes de suspensión se instalan en las cerchas principales entre las vigas de atado y la cumbrera. En la parte superior, el poste se cuelga mediante un perno entre pares de vigas de collar, conectando las vigas con una unión a cola de milano. En la parte inferior, las vigas de atado se conectan a los colgadores de vigas atornillados a los postes de suspensión. El sistema de suspensión se completa con puntales inclinados que actúan como vigas comprimidas, conectados a los postes de suspensión mediante uniones de doble ensanche, reforzadas con correas de acero.
Los puntales inclinados transfieren cargas a las vigas de atado cerca de los apoyos, donde se conectan con uniones de doble ensanche. Además de la viga superior y la cumbrera, toda la estructura se refuerza longitudinalmente con una viga principal conectada a las vigas de atado en la cercha principal mediante ensanches simples.
Las cerchas con poste reina cuelgan los postes de suspensión de las correas. Las correas se colocan sobre las vigas de atado, suspendiendo la viga de amarre en dos puntos. El sistema de suspensión se completa con vigas de tensión (vigas comprimidas horizontalmente que conectan las uniones superiores de los puntales inclinados). Las vigas de tensión y los postes de suspensión se conectan con uniones de espiga con hombro, mientras que los puntales inclinados se conectan a las vigas de atado y los postes de suspensión mediante uniones de doble ensanche. Al duplicar los postes, también se duplican las vigas principales, y las conexiones de correas se refuerzan con refuerzos de rodilla en las cerchas principales.
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Cerchas de cubiertas prefabricadas
CURSO 3 / MÓDULO 1 - CERCHAS Y PABELLONES / LECCIÓN 2 - CERCHAS DE CUBIERTAS PREFABRICADAS
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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.
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Construcción de una cubierta con doble correa
CURSO 3 / MÓDULO 1 - CERCHAS Y PABELLONES / LECCIÓN 3 - CONSTRUCCIÓN DE UNA CUBIERTA CON DOBLE CORREA
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En el siguiente ejemplo, se presenta la construcción de una cubierta de doble correa, con un lado a dos aguas y el otro a cuatro aguas. La construcción combina uniones tradicionales de carpintería con soluciones prefabricadas. Las técnicas tradicionales incluyen: uniones de espiga y mortaja de postes, puntales inclinados, riostras y rodapiés, así como correas, postes y placas de apoyo. La unión de las vigas mediante el nido de golondrina también pertenece a la carpintería tradicional. Sin embargo, las soluciones prefabricadas incluyen: anclaje de vigas de coronación y placas de apoyo con pernos de anclaje, así como fijación de vigas de atado y vigas de collar con pernos. La cercha del techo se apoya sobre una losa de hormigón armado monolítica.
1. Etapas preparatorias
El primer paso para construir cerchas es seleccionar los materiales adecuados para el proyecto. Esto es importante porque lograr y mantener una calidad uniforme en la madera es más difícil que con otros materiales de construcción. Si la madera se almacena inadecuadamente, puede deteriorarse, deformarse, agrietarse, enmohecerse, ser atacada por hongos o insectos, o pudrirse. Por ello, es crucial un almacenamiento adecuado, un ambiente seco y protección contra incendios. La madera seleccionada debe estar perfectamente cepillada, con sección transversal estandarizada a lo largo de toda su longitud, y sin torsiones, plagas ni grietas.
Es esencial tratar la madera antes de la construcción con soluciones retardantes de fuego, fungicidas e insecticidas. El tratamiento puede realizarse mediante inmersión, pulverización o cepillado, siguiendo las proporciones de dilución, cobertura y número de capas recomendadas. Las soluciones suelen ser coloreadas (azul, verde, amarillo) o incoloras.
Los elementos de madera, como vigas, tablones y listones, también deben almacenarse correctamente en obra. Para ventilación adecuada, deben apilarse con listones transversales dejando huecos laterales (espaciadores). La pila debe elevarse del suelo para evitar la acumulación de agua debajo. Cubrir con lona protege de la precipitación, salvo que estén bajo techo.
Para cortar y ensamblar los elementos de forma preliminar, se prepara una plataforma de disposición a escala 1:1. Esta puede ser una superficie pavimentada, plana y horizontal de tamaño adecuado. Si el espacio lo permite, puede ser la losa superior del edificio donde se construirá el techo. Si no, se crea sobre vigas y tablones.
2. Trazado y preparación de la estructura del techo
En la plataforma a escala, se realiza un dibujo completo de la sección del techo basada en la situación real construida. El dibujo debe indicar los cortes necesarios para realizar las uniones. Los elementos cuyas dimensiones precisas no se ven en secciones estándar deben rotarse a la proyección lateral según reglas de geometría descriptiva. Cada elemento se coloca en su posición en el dibujo, marcando las líneas de corte para ranuras, recortes y perforaciones. También se marcan las posiciones de agujeros y uniones.
Herramientas empleadas: lápiz de carpintero, abrazaderas rápidas, regla, escuadra de carpintero. En un banco de trabajo separado, la madera se corta según las marcas, incluyendo muescas, recortes y agujeros necesarios para las uniones.
Herramientas empleadas: taladro manual, atornilladora pequeña, sierra circular, motosierra, cepillo manual, mortajadora de cadena, guía de corte, caballete. Tras el corte y mecanizado, los elementos conectados se devuelven a la plataforma, verificando la precisión de las uniones mediante ensamblaje de prueba. Si aparecen huecos, se corrigen los cortes; si no es posible, se recorta con nueva madera.
3. Montaje de la estructura del techo
El ensamblaje solo puede comenzar cuando la losa superior y todas las estructuras de mampostería o hormigón conectadas al techo (muros medianeros, chimeneas, conductos, etc.) estén terminadas. La losa del ático requiere instalación previa de pernos de anclaje para vigas de coronación o placas antes del hormigonado.
Los elementos de madera se transportan a la losa mediante izado y acopio. En obras grandes, se pueden levantar mediante grúa, teniendo en cuenta la cantidad segura a manipular.
Pasos del montaje:
A lo largo del proceso de completar toda la estructura, utilizamos mediciones y niveles de burbuja para la colocación precisa de los elementos y para comprobar su alineación horizontal y vertical.
- El ensamblaje comienza con la colocación de la viga de coronación y las placas de los postes.
Aquí, colocamos tiras de lámina impermeabilizante de 20 a 25 cm de ancho, pasándolas a través de los pernos de anclaje fijados a la viga anular.
Si es necesario, perfora los orificios para los pernos de anclaje en las placas de los postes en los puntos correspondientes.
A continuación, coloca las placas de los postes sobre los pernos de anclaje según el orden definido por las conexiones.
Finalmente, asegura las placas de los postes a la viga anular con arandelas y tuercas. - Después, se colocarán los postes y los tirantes inclinados.
Los postes pueden requerir apuntalamientos temporales en dos direcciones. -
Coloca las correas sobre los postes, reforzándolas con tirantes de rodilla.
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Instala las cerchas principales colocando los tirantes de las vigas.
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Fija la viga cumbrera con los tirantes horizontales.
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Coloca las vigas de cadera y fíjalas a las correas.
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Finalmente, coloca las cerchas generales y asegúralas con los tirantes horizontales y fija las vigas de la sección de cadera.
- El ensamblaje comienza con la colocación de la viga de coronación y las placas de los postes.
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