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1 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 1 Estructura de madera para cubiertas de viviendas Documento de aplicación del CTE G U Í A D E L A M A D E R A

2 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 2 Edición: CONFEMADERA HÁBITAT C/ Recoletos 13, 1º dcha Madrid Tfno: Construir con Madera es una iniciativa de la Confederación Española de Empresas de la Madera (CONFEMADERA HÁBITAT) en el marco del Consejo Español de Promoción de la Madera, que cuenta con la financiación y apoyo de promotores públicos y privados. Autores: MIGUEL ESTEBAN HERRERO (1) FRANCISCO ARRIAGA MARTITEGUI (1) RAMÓN ARGÜELLES ÁLVAREZ (1) GUILLERMO ÍÑIGUEZ GONZÁLEZ (1) 1) Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes. Universidad Politécnica de Madrid (UPM) Agradecimientos: Noemí Marín Alberto Juan Ignacio Pineda Salvador Créditos fotográficos: Dibujos, esquemas y fotografías: los autores ISBN: Depósito Legal: M Derechos de la edición: CONFEMADERA HÁBITAT Copyright de los textos y figuras: Miguel Esteban Herrero y Francisco Arriaga Martitegui Con la financiación: Gobierno de España. Ministerio de Ciencia e Innovación. Impresión de esta edición: Confemadera Hábitat, Fimma-Maderalia y Feria Valencia. Papel de Stora Enso procedente de la gestión sostenible de los bosques escandinavos.

3 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 3 Índice 1. OBJETO DEL DOCUMENTO 2. INTRODUCCIÓN 3. CREDENCIALES Y GENERALIDADES SOBRE LAS CUBIERTAS CON ESTRUCTURA DE MADERA 4. CRITERIOS GENERALES PARA EL PROYECTO DE UNA CUBIERTA CON ESTRUCTURA DE MADERA 4.1. Contenido de humedad de la madera Contenido de humedad en madera aserrada Contenido de humedad en productos derivadosde la madera 4.2. Anisotropía de la madera 4.3. Hinchazón y merma 4.4. Durabilidad 4.5. Propiedades mecánicas de la madera 4.6. Diseño estructural Estructuras isostáticas Estructuras ligeras 4.7. Dimensiones Dimensiones en madera aserrada Dimensiones en productos derivados de la madera 4.8. Materiales 4.9. Control de calidad CUBIERTA DE PARECILLOS 6.1. Descripción general 6.2. Descripción del comportamiento estructural 6.3. Modelo de la comprobación 6.4.Resultado de la comprobación en situación normal Reacciones en los apoyos Índices de agotamiento y deformaciones 6.5.Resultado de la comprobación en situación de incendio 7. CUBIERTA DE PAR E HILERA 7.1. Descripción general 7.2. Descripción del comportamiento estructural 7.3. Modelo de la comprobación 7.4. Resultado de la comprobación en situación normal Reacciones en los apoyos Índices de agotamiento y deformaciones Unión entre estribo y tirante 7.5. Resultado de la comprobación en situación de incendio Secciones eficaces Reacciones en los apoyos Índices de agotamiento y deformaciones 8. CUBIERTA DE PAR Y NUDILLO BASES DE CÁLCULO PARA LOS MODELOS DESCRI- TOS EN ESTE DOCUMENTO 5.1. Normativa principal de cálculo 5.2. Clase resistente 5.3. Geometría de la cubierta 5.4. Acciones consideradas en el cálculo Carga permanente Nieve Viento Sobrecarga de uso o mantenimiento Combinación de acciones 5.5. Clase de servicio 5.6. Estabilidad 5.7. Deformaciones admisibles 5.8. Resistencia al fuego 5.9. Dimensionado de secciones y resultados de la comprobación Tipos estructurales propuestos Descripción general 8.2. Descripción del comportamiento estructural 8.3. Modelo de la comprobación 8.4.Resultado de la comprobación en situación normal Reacciones en los apoyos Índices de agotamiento y deformaciones Unión entre par y nudillo 8.5.Resultado de la comprobación en situación de incendio 9. BIBLIOGRAFÍA 10. ANEXOS Anexo 1. Coeficientes de ponderación de acciones Combinación de acciones en situación normal Combinación de acciones en situación de incendio Anexo 2. Cubierta de par e hilera. Unión estribo y tirante Sección reducida del tirante Plano de rasante en el tirante Compresión perpendicular a la fibra en el estribo Anexo 3. Cubierta de par y nudillo. Unión par nudillo Comprobación de la sección reducida del par Comprobación de la sección reducida del nudillo 3

4 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 4 1. Objetivo del documento Este documento tiene por objetivo describir y documentar algunas de las soluciones más habituales en la construcción de cubiertas con estructura de madera para viviendas o construcciones de tamaño medio de acuerdo a los requisitos del Código Técnico de la Edificación. Las soluciones propuestas incluyen algunos de los tipos estructurales de las cubiertas que actualmente se construyen en viviendas unifamiliares en España, y que se basan en modelos bien conocidos de la construcción tradicional. Se trata de cubiertas para ser construidas sobre algún tipo de construcción a base de muros de carga, pilares o vigas con hormigón, fábrica de ladrillo, termoarcilla, estructura metálica o similares. No comprende, por tanto, la tipología particular de las construcciones de casas de madera de entramado ligero o de troncos. Tampoco incluye otras soluciones singulares o cubiertas de grandes luces. Pretende ser una guía para el diseño de cubiertas de madera que incluya la información suficiente y necesaria para su completa definición en lo relacionado con la seguridad estructural y el correcto diseño de los detalles constructivos más importantes. Otras consideraciones complementarias y de mayor alcance que este documento quedan recogidas en el resto de los documentos de esta Guía con los que se complementa. Los contenidos del documento desarrollados mediante la propuesta de algunos ejemplos concretos, sencillos y bien definidos, se abordan con un criterio y enfoque que permita acometer el diseño y la ejecución de los casos más habituales en cubiertas con estructura de madera. Documento de aplicación del CTE 4

5 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 5 2. Introducción 3. Credenciales y generalidades sobre las cubiertas con estructura de madera Tras unos primeros epígrafes de generalidades que pueden ampliarse con más detalle en otros documentos de esta Guía de Construcción con Madera, el cuerpo principal de este documento lo constituyen los ejemplos concretos de los tipos estructurales más habituales formados por un solo orden de estructura: Cubierta de parecillos o a la molinera. Cubierta de par e hilera. Cubierta de par y nudillo. En cada tipo se desarrolla un ejemplo completo basado en los mismos supuestos de cálculo, que se justifican y concretan en el capítulo correspondiente. Estos supuestos se resumen en lo siguiente: Norma de cálculo CTE DB SE-M (Madera) 2. Dimensiones similares en cuanto a secciones de las piezas y tamaño de la cubierta. La misma separación entre formas de cubierta. La misma pendiente de cubierta. Las mismas acciones basadas en el CTE DB SE- AE (Acciones) 3. La misma clase resistente. La misma clase de servicio. Las mismas exigencias de deformaciones. El mismo comportamiento frente al fuego. Las ventajas de la madera para la construcción de estructuras se plantean desde varios puntos de vista: desde el punto de vista mecánico o estructural desde el punto de vista medioambiental desde el punto de vista del confort y la estética Desde el punto de vista estructural son conocidas las ventajas de la madera como material de construcción debido a su eficacia, entendida como una resistencia elevada con un peso reducido. Dependiendo de los formatos en que se presente la madera estructural, esta ventaja la convierte en altamente competitiva para la construcción de estructuras de grandes luces en espacios públicos, centros comerciales, etc. También desde el punto de vista estructural cumple como material todos los requisitos necesarios para garantizar la seguridad, en igualdad de condiciones que otros materiales como el hormigón o el acero. Desde el punto de vista medioambiental conviene recordar que la madera utilizada para la construcción de estructuras es un recurso renovable, procedente de bosques gestionados de manera sostenible que permite la fijación de dióxido de carbono y proporciona múltiples e insustituibles beneficios sociales directos e indirectos. Estas soluciones bien podrían ser las correspondientes al pórtico tipo de una cubierta a una o dos aguas para edificación de viviendas que, con las modificaciones necesarias, podría adaptarse fácilmente a otros supuestos de cálculo. La solución propuesta para cada tipo estructural se describe en cada caso siguiendo el mismo esquema, de manera que el lector podrá encontrar en cada uno toda la información necesaria estructurada del siguiente modo: Descripción del tipo estructural, de los elementos que lo forman y de los detalles constructivos más importantes. Descripción del comportamiento estructural y análisis del modelo de cálculo, incluyendo justificación de la estabilidad. Resumen y resultados de las comprobaciones principales. El confort y la estética son dos de los argumentos de la madera más valorados que no se discuten en otros ámbitos como el mobiliario o la carpintería. Estudios recientes avalan una mayor calidad de vida cuando se convive en contacto con la madera como material natural. La acústica es menos agresiva en un entorno rodeado de madera, que contribuye a la absorción y amortigua los ecos. Y el valor estético, en aquellas construcciones en los que se elije la madera vista, queda fuera de discusión en competencia con otros materiales. Estructura de madera para cubiertas de viviendas 2 CTE DB SE-M. Código Técnico de la Edificación. Documento Básico. Seguridad Estructural. Madera. Abril CTE DB SE-AE. Código Técnico de la Edificación. Documento Básico. Seguridad Estructural. Acciones en la Edificación. Abril 2009.

6 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 6 4. Criterios generales para el proyecto de una cubierta con estructura de madera Documento de aplicación del CTE Existen unos criterios generales para el diseño de cubiertas que son igualmente válidos para las cubiertas de madera. Estos son los criterios generales del diseño arquitectónico, la inclinación de la cubierta, las garantías de impermeabilización, las exigencias de aislamiento térmico o acústico, o cualquier otro no relacionado con el material elegido para la construcción de su estructura y que no son objeto de este documento. Sin embargo, todos los criterios se encuentran relacionados entre si y es importante tener en cuenta los materiales en aspectos como, por ejemplo, el aislamiento acústico y térmico en los que la madera ofrece algunas ventajas. En relación a la madera como material de construcción, los criterios para el proyecto que deben tenerse en cuenta se centran en sus propiedades físicas y mecánicas tanto como en el diseño estructural. Las formas tradicionales de cubierta con estructura de madera responden a la lógica constructiva del material y deben ser tenidas en cuenta, sin renunciar a otras formas innovadoras que también son perfectamente posibles. Los criterios que se describen a continuación son igualmente válidos para cualquier estructura de madera, en este apartado se pretende buscar su aplicación más relacionada con los tipos de cubiertas que son objeto de este documento. Éstas y otras consideraciones son las que recoge el Capítulo 0 de esta Guía CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA MADERA Es bien conocido que el contenido de humedad de la madera mantiene un fuerte relación con los fenómenos de hinchazón y merma, así como con sus propiedades físicas y mecánicas. También es conocido que la humedad en la madera depende de las condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa del aire. Como criterio básico es recomendable colocar la madera en obra con un contenido de humedad lo más cercano posible al de equilibrio higroscópico de las condiciones de servicio. Para ello, el proyectista debe indicar en su pliego de condiciones un contenido de humedad de la madera ajustado a las condiciones medias de temperatura y humedad relativa de la localización de la estructura. Estas condiciones de equilibrio se encuentran recogidas en las curvas de equilibrio higroscópico que se pueden consultar en la bibliografía especializada. En general, en una estructura colocada en el interior de una vivienda que normalmente está acondicionada (aislada, calefactada, etc), estas condiciones serán más estables que en una estructura colocada al exterior. La mayor parte de las estructuras de las viviendas se encuentran en el interior pero con algunos matices. En algunos casos la estructura se encuentra por debajo del cerramiento y de los aislamientos de la cubierta, por lo que cabe considerarlas como en un ambiente de interior. A efectos de cálculo se correspondería con una Clase de Servicio 1 5 En otros casos la estructura se encuentra por encima o por el exterior de los aislamientos, formando una cámara bajo cubierta no habitable y más expuesta a los cambios ambientales de humedad y temperatura. En ese caso se correspondería con una Clase de Servicio 2. En ocasiones, algunas de las piezas de la estructura salen hacia el exterior, como en los aleros o los canecillos, por lo que cabría considerar situaciones diferentes para la misma pieza. Sin embargo, aunque el principio básico es muy sencillo su aplicación en la práctica no siempre es posible. En este punto se ofrecen algunas pautas generales que pueden ayudar a la interpretación pero que deben ser contrastadas y verificadas para el caso particular de cada proyecto Contenido de humedad en madera aserrada En madera aserrada el contenido de humedad, entre otras cosas, depende de la habilidad del aserradero o suministrador para realizar un secado adecuado, que resulta tanto más complicado cuanto mayor sea la sección de la pieza o se trate de especies de madera más complejas de secar. La realidad es que en grandes escuadrías 6, aún con un secado artificial controlado, es difícil conseguir contenidos de humedad regulares e inferiores al 20 %, lo que en ocasiones obliga a aceptar en obra la madera con contenidos de humedad superiores a lo deseable. 6 4 Guía de Construir con Madera. Capítulo 0. Conceptos básicos de la construcción con madera. Documento de aplicación del CTE. 5 La Clase de Servicio es un concepto del cálculo estructural que relaciona la exposición de la madera al contenido de humedad con su efectos sobre sus propiedades mecánicas. 6 Con carácter general se puede considerar que las piezas de gran escuadría son aquellas que tienen una sección de achura mayor de 70 mm. Esta dimensión es la misma que utiliza la norma de clasificación visual UNE de las maderas de conífera de procedencia española para uso estructural.

7 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 7 Desde el punto de vista de la seguridad no supone un inconveniente grave porque las propiedades mecánicas de la madera (la asignación de clase resistente) deben haberse definido de acuerdo al contenido de humedad de la madera en el momento de la clasificación, tal y como indican las normas de clasificación visual 7, dando lugar a una clasificación en seco (dry graded) o en húmedo (wet graded). Tanto el suministrador de la madera como el comprador o el responsable de su recepción en obra deben tener en cuenta si la clasificación de la madera se llevó a cabo en húmedo o en seco. Desde el punto de vista de las comprobaciones de cálculo, colocar la madera con una humedad elevada puede redundar en un aumento de la deformación por fluencia que puede cuantificarse y que se limita al tiempo que tarde la madera en alcanzar la humedad de equilibrio. La consecuencia principal es un aumento de las deformaciones debidas a la entrada en carga de la estructura, que se producen durante el primer o segundo año hasta que la madera alcanza la humedad de equilibrio. Como recomendación para el cálculo, en caso de colocar la madera demasiado húmeda, una solución habitual es realizar la comprobación de los estados límite de servicio incrementando el Factor de Fluencia 8 (k def ) en un punto. Por lo demás, tan sólo es necesario considerar la clase de servicio que corresponda: Clase de Servicio 1 en cubiertas en interior aislado y acondicionado, o Clase 2 en cubiertas no aisladas o en ambiente no acondicionado. Las consecuencias de colocar madera húmeda se limitan a otras de orden constructivo, como son las mermas o las deformaciones que se producirán durante el secado y que pueden manifestarse de diferente forma. Las mermas pueden cuantificarse conociendo los coeficientes de contracción transversal de la madera de las diferentes especies, por lo que se pueden disponer los elementos constructivos teniendo en cuenta la reducción de sección prevista para las piezas de madera. Las deformaciones como los alabeos, curvaturas o abarquillados, en teoría, quedarían limitadas porque al clasificar la madera en húmedo se limitan los parámetros causantes de las deformaciones. En cualquier caso se trata de disponer las medidas constructivas que respeten la libertad de movimiento de la madera en sentido transversal cuando se prevean cambios significativos de humedad desde la puesta en obra y durante el servicio de la estructura. Si no se toman las medidas preventivas adecuadas es frecuente que estos movimientos se manifiesten en los elementos secundarios, como paneles de cartón yeso, enfoscados u otros que se encuentran en contacto directo con la madera. Otra consecuencia que debe ser considerada como natural a la madera es la apertura de fendas de secado, de mayor o menor magnitud en función de la especie de madera, las dimensiones de la pieza, el contenido de humedad y la velocidad del secado. Su repercusión estructural también es reducida y queda limitada si la clasificación se ha hecho correctamente. El problema suele quedar reducido a una cuestión estética o a una exposición del interior de la madera que, en ocasiones, puede requerir una nueva aplicación del tratamiento protector superficial. En pequeñas escuadrías es posible realizar un secado más eficaz, por lo que se puede conseguir madera con un contenido de humedad adecuado a las condiciones de servicio Contenido de humedad en productos derivados de la madera En productos derivados de la madera para uso estructural sometidos a un proceso industrial de transformación, casi siempre vinculado a procesos de encolado (madera laminada, dúos, tríos, madera empalmada, madera contralaminada, tableros, etc.), el contenido de humedad debe quedar controlado durante el proceso de fabricación, y las oscilaciones que puedan existir entre la salida de fábrica y la recepción en obra suelen ser poco relevantes. El efecto de la humedad en la seguridad estructural queda contemplado a través de los parámetros de cálculo correspondientes. En estos productos debe tenerse en cuenta la aptitud para ser expuestos a ambientes húmedos, ya sea por el tipo de encolado o por la naturaleza del producto. Éste es el caso de algunos tipos de tableros o productos que no pueden ser expuestos a una Clase de Servicio 3 y, según el caso, a Clase de Servicio 2. Estructura de madera para cubiertas de viviendas 7 Para la clasificación de la madera estructural de procedencia española son de aplicación las normas UNE y UNE El Factor de Fluencia es un concepto del cálculo estructural que relaciona las deformaciones que se producen en la estructura de madera con la exposición a la humedad y a la duración de las cargas. 7

8 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 8 Documento de aplicación del CTE 4.2. ANISOTROPÍA DE LA MADERA La constitución fibrosa de la madera determina una dirección principal paralela a la fibra que es la dirección axial o longitudinal del tronco del árbol, en la que sus propiedades mecánicas y de estabilidad dimensional son muy superiores respecto a la dirección perpendicular. La mayor parte de las piezas de una estructura de madera se encuentran sometidas a esfuerzos de flexión, de compresión o de tracción axial que producen tensiones paralelas a la fibra para las que la madera ofrece toda su capacidad de resistencia. Un caso de tensiones perpendiculares a la fibra son las que aparecen en piezas de directriz curva sometidas a flexión, en las que puede aparecer una tracción o una compresión perpendiculares a la fibra que pueden convertirse en el factor limitante del cálculo. Sin embargo, esta circunstancia no es habitual en cubiertas de viviendas y no se contempla en este documento. Otro caso, siempre presente, es el de los detalles constructivos y las uniones en los que aparecen tensiones localizadas y concentradas. En estos puntos, con frecuencia existen cambios bruscos de sección, rebajes, cajeados u otros mecanizados, o bien elementos metálicos como pernos, clavos, tirafondos o chapas. Se trata de puntos de concentración de tensiones que pueden tener componentes tanto perpendiculares como paralelas a la fibra y que deben ser comprobadas específicamente. Un diseño inadecuado de estos detalles puede conducir a situaciones comprometidas, mientras que un diseño acertado garantiza el buen comportamiento de la estructura a la vez que reduce considerablemente el trabajo de cálculo. En el caso de las uniones con clavos, tirafondos, pernos, pasadores o conectores, el CTE DB-SE-M y otras normas de cálculo proponen una disposición y colocación de los elementos, así como unas distancias mínimas que deben respetarse para garantizar la seguridad de estas uniones HINCHAZÓN Y MERMA Como ya se ha mencionado, una de las consecuencias del carácter higroscópico y de la estructura anatómica de la madera se manifiesta en forma de inestabilidad dimensional frente a los cambios de humedad. Es sabido que la madera aumenta sus dimensiones cuando se humedece y reduce sus dimensiones cuando se seca. Dada la anisotropía de la madera y su estructura fibrosa, estos movimientos se ponen de manifiesto principalmente en las direcciones tangencial y radial, sobre todo en la tangencial, mientras que en la dirección longitudinal son mucho menores y en la práctica no se suelen tener en cuenta. La magnitud de estos movimientos puede ser conocida a partir de los coeficiente de contracción lineal, que expresa el cambio porcentual de dimensión que se produce por cada grado de humedad. Estos valores son muy variables para las diferentes especies y quedan recogidos con detalle en la bibliografía técnica. Para las coníferas utilizadas habitualmente en estructuras estos valores varían desde 0,20 a 0,36 %/% en dirección tangencial y desde 0,10 a 0,20 %/% en dirección radial 9. En el caso del pino silvestre se citan valores en torno a 0,12 %/% en dirección radial y de 0,21 %/% en dirección tangencial. En la práctica se recurre a un único valor para la dirección transversal que engloba la tangencial y la radial (en las coníferas es del orden de 0,2 %/%) y otro para la dirección longitudinal (0,01 %/%). Con estos valores, una dimensión transversal de 200 mm sometida a una variación del contenido de humedad desde el 22 al 12 % sufriría una merma de 4 mm, lo que representa un 2 % de la dimensión original. Una dimensión longitudinal de 8 metros sufriría una merma de 8 mm, lo que representa un 0,1 % de la longitud y en la mayor parte de los casos puede considerarse irrelevante. En el lenguaje coloquial o poco técnico es frecuente confundir el término 'hinchazón' con 'dilatación'. El concepto de dilatación se aplica a los cambios de dimensiones como consecuencia del cambio de temperatura. La dilación térmica tiene especial importancia en estructuras de acero pero en la madera es despreciable. Parte de esta confusión se debe a que la temperatura también está relacionada con el equilibrio higroscópico de la madera y el contenido de humedad, pero hinchazón higroscópia y dilatación térmica deben distinguirse como dos efectos de naturaleza completamente diferente. 8 9 Especies de Madera. Ed. Aitim Varios autores.

9 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página DURABILIDAD Tanto para la madera aserrada como para los productos derivados de la madera deben tenerse en cuanta las mismas consideraciones para garantizar su durabilidad. En este sentido el parámetro fundamental a tener en cuenta es el riesgo de ataque por hongos o agentes xilófagos derivado de una exposición a la humedad. Por ello caben hacerse consideraciones similares a las del apartado anterior, de modo que en las cubiertas cuya estructura de madera se encuentra por debajo del cerramiento y de los aislamientos puede considerarse una Clase de Uso 1 ó Las estructuras por encima o por el exterior de los aislamientos se corresponderían con una Clase de Uso 2 ó 3. Cuando se coloca madera húmeda en obra tendrá que transcurrir un tiempo hasta que se seque o equilibre con el ambiente, después del cual se reduce el riesgo de ataque biológico. En condiciones normales no es necesario implementar medidas de protección adicionales aunque conviene analizar cada caso en particular. En caso de que la misma pieza esté expuesta a diferentes clases de uso, como puede suceder con piezas que se asoman hacia la fachada, debe prescribirse la protección adecuada que garantice la durabilidad del conjunto. A pesar de todo lo anterior siempre se debe tener en cuenta que la mejor protección es la no exposición, lo que conduce a unas recomendaciones básicas de diseño preventivo y a la necesidad de introducir el mantenimiento de la cubierta en el libro del edificio PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA Los criterios de diseño y cálculo estructural de una cubierta vienen condicionados por las propiedades mecánicas de la madera. Podría decirse que la única limitación es que los materiales estructurales se deben encontrar convenientemente caracterizados para garantizar unas propiedades que, de acuerdo al método de cálculo de la normativa vigente y sus exigencias en estados límite últimos y estados límite de servicio, permitan garantizar la seguridad estructural. En este sentido se debe recordar que los materiales deben cumplir con lo dispuesto en relación al marcado CE como exigencia legal obligatoria en los casos en que proceda su aplicación. Y como recomendación general se puede recurrir a certificados de calidad de producto específicos. En todo caso, existe cierta libertad para utilizar otros materiales que, bajo la correspondiente certificación específica del fabricante o la responsabilidad del proyectista, aporten las prestaciones necesarias. En productos de madera aserrada de coníferas estas prestaciones se encuentran con facilidad en el rango de las clases resistentes C18 a C24 ó, como mucho, C30 (UNE-EN 338). Si se trata de madera de conífera de procedencia española es de aplicación la norma UNE para especificar las calidades. Para madera de otras procedencias es necesario especificar la calidad de acuerdo a la norma de clasificación del país o región de origen. Otras procedencias habituales y sus correspondientes normas de clasificación visual son Alemania (DIN ), Francia (NF B 52001), Países Nórdicos ( INSTA 142), EEUU (NGRDL) ó Canadá (NLGA). Aunque la redacción de estas normas es competencia de los países de procedencia, todas ellas deben ajustarse a la norma armonizada UNE-EN En todas estas normas se definen sistemas de calidad visual que, de acuerdo a la norma UNE-EN 1912, permiten establecer las clases resistentes correspondientes. En productos derivados de la madera pueden encontrarse clases o perfiles resistentes más variados y eficientes. Son frecuentes las clases resistentes de madera laminada GL24 a GL32 (UNE-EN 1194), ya sean combinadas u homogéneas, y algunos productos como los microlaminados pueden alcanzar o superan el equivalente a clases resistentes como la C40. A nivel de proyecto conviene contar desde el principio con un catálogo de productos disponibles en el mercado en los que puedan garantizarse sus prestaciones físicas y mecánicas. El precio puede condicionar las decisiones, pero es sobre todo porque no se encuentran en el mercado por lo que no es recomendable especificar clases resistentes o calidades superiores. También es posible encontrar en el mercado madera de frondosas para uso estructural. Si se trata de maderas de procedencia española la norma de aplicación para su clasificación visual que habría que aplicar es la UNE Estructura de madera para cubiertas de viviendas 10 La Clase de Uso es un concepto que relaciona la exposición de la madera al riesgo de ataque por organismos xilófagos. 9

10 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 10 Documento de aplicación del CTE 4.6. DISEÑO ESTRUCTURAL La construcción tradicional ha evolucionado a lo largo de los años para optimizar la utilización de la madera de acuerdo a sus cualidades naturales. En estas estructuras se puede comprobar que el comportamiento natural de las piezas de madera es el de compresión o tracción axial y el de flexión. Los esfuerzos de cortante quedan limitados a zonas localizadas de las uniones, entalladuras, rebajes, etc., y su capacidad se suele confiar a reglas de proporción sencillas y, en general, suficientemente eficaces. La construcción moderna se basa necesariamente en la construcción tradicional pero sin renunciar a nuevos diseños. Los nuevos materiales han abierto un amplio abanico de posibilidades basado en los diferentes formatos y tamaños de los productos y en un conocimiento preciso y seguro de sus propiedades. Las herramientas informáticas como el diseño asistido por ordenador y el control numérico permiten hoy en día recuperar diseños que se habían olvidado por la falta de carpinteros especializados y el abandono del oficio tradicional de la carpintería de armar Estructuras isostáticas El diseño estructural con madera lleva normalmente a formas isostáticas debido a que las conexiones entre piezas de madera son, salvo que se justifique lo contrario, articulaciones. En raras ocasiones se recurre a estructuras hiperestáticas. Desde el punto de vista del diseño estructural, esta circunstancia es una de las que más diferencian a las estructuras de acero o de hormigón, en las que es posible realizar uniones rígidas sin dificultades. Una situación habitual se produce en el mercado cuando un diseño estructural en acero u hormigón quiere ser reconvertido a madera. En estos casos no suele existir problema para conservar la forma exterior de la cubierta o los volúmenes, pero a menudo la estructura debe ser rediseñada completamente y no se resuelve con un simple recálculo de las secciones Estructuras ligeras La estructura de madera para cubiertas es, por si misma, bastante más ligera que la equivalente en otros materiales o soluciones constructivas. Además, suele ir acompañada por soluciones de cerramiento ligero o no muy pesado que, con frecuencia, no supera el valor de referencia de 1 kn/m 2. A efectos del CTE DB SE-AE se entiende por cubierta ligera aquella cuya carga permanente debida únicamente a su cerramiento no excede de 1 kn/m 2, lo que implica algunas ventajas, por ejemplo, en la especificación del tiempo de resistencia al fuego. En la mayor parte de los casos esta ligereza supone una ventaja directa (estructural, sismo, etc.) e indirecta (transporte, montaje, etc.). Pero en ocasiones conduce a situaciones desfavorables cuando existen esfuerzos de succión debidos al viento y que deben resolverse mediante el diseño y la comprobación adecuada de los anclajes DIMENSIONES Las cubiertas en viviendas no requieren, en general, grandes luces y su construcción es posible con piezas de dimensiones comerciales habituales entre los diferentes fabricantes o proveedores. La recomendación habitual a nivel de proyecto es recurrir a dimensiones comerciales antes de acometer la comprobación estructural, de manera que se pueda especificar en el pliego de condiciones de manera coherente con las posibilidades de encontrar el producto en el mercado. En este documento se desarrollan algunas propuestas basadas en secciones y largos de dimensiones comerciales Dimensiones en madera aserrada Si se trata de madera aserrada las dimensiones comerciales en España son muy variadas, aunque quedan condicionadas por las posibilidades que ofrezca cada aserradero o suministrador. Los largos habituales y comerciales van desde los 2 hasta los 6 metros. Largos superiores a 8 metros, que además irán acompañados de escuadrías bastante gruesas, son menos habituales o llevan a costes superiores. 10

11 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 11 En sección se barajan dimensiones muy variadas según el suministrador, la especie y procedencia de la madera, o según el sistema constructivo. Para la construcción de estructuras es habitual encontrar dimensiones desde 75 hasta 200 ó, incluso, 250 mm. Otras dimensiones mayores también son posibles, normalmente bajo pedido, a precios sensiblemente mayores y con la complicación añadida del secado. Si se trata de madera aserrada de procedencias como Estados Unidos, Canadá o el Centro y Norte de Europa es frecuente que vayan ajustadas a dimensiones estándar como los 38 mm de Norteamérica o los 45 mm de los Países Nórdicos. Para el control en obra de las dimensiones sería de aplicación la norma UNE-EN 336. Madera estructural. Dimensiones y Tolerancias MATERIALES La disponibilidad actual de productos en el mercado abre un amplio abanico de posibilidades al proyectista. Sin embargo, la mayor parte de los materiales utilizados para la construcción de este tipo de cubiertas se pueden enmarcar en alguno de los siguientes grupos, enumerados según su denominación comercial más habitual: Madera aserrrada Madera laminada Dúos y Tríos (madera maciza encolada) Madera empalmada Madera microlaminada Paneles contralaminados Entre ellos, cabe diferenciar los productos adecuados para la fabricación de elementos lineales como vigas, pilares, pares, parecillos, correas, tornapuntas o tirantes, de los elementos adecuados para el cerramiento o formación de estructuras superficiales Dimensiones en productos derivados de la madera En estos productos se pueden encontrar secciones y largos muy variados que dependen del tipo de producto y del sistema de fabricación. Si se recurre a dimensiones estándar de productos suministrados en forma de viga (madera laminada, dúos, tríos, madera empalmada o perfiles lineales similares) se suele hablar de una limitación en anchura de entre 200 y 250 mm, y de longitudes limitadas por motivos de transporte hasta 13,5 metros. Los productos suministrados en formato estándar de panel o tablero suelen comercializarse en dimensiones de entre 1,20 ó 2,40 metros de ancho, y longitudes que dependen igualmente de la fabricación y del transporte. En madera laminada, por ejemplo, se pueden alcanzar secciones de hasta 200 ó 220 mm de anchura. La limitación del tamaño de la sección en altura depende del fabricante, pero pueden alcanzarse dimensiones del orden de mm. En este tipo de piezas son frecuentes longitudes que requieren transportes especiales. El control de las dimensiones de las piezas de madera laminada se rige por la norma UNE-EN 390. Madera laminada encolada. Dimensiones y Tolerancias. De los grupos citados anteriormente, los primeros (madera aserrada, laminada, dúos, trios y madera empalmada) responden a una estrategia eminentemente lineal, aunque también se pueden utilizar para la formación de sistemas masivos. La madera microlaminada suele fabricarse en formato superficial como panel o tablero, pero puede someterse a un despiece en formato lineal y, por tanto, puede beneficiarse de las dos estrategias constructivas. Los paneles contralaminados se fabrican en formato superficial y su estrategia constructiva se basa en la resolución simultánea de cerramiento y estructura superficial como placa o diafragma. En general, para las soluciones propuestas en este documento se puede adoptar cualquier producto que garantice las necesarias propiedades físicas y mecánicas y disponga en el mercado de las dimensiones adecuadas. Para ello serán de aplicación las correspondientes normas de producto a las que hace referencia el CTE y otras disposiciones legales como, en su caso, el marcado CE, los Documentos de Idoneidad Técnica Europeos u otros sistemas de certificación complementaria como las marcas voluntarias de calidad. Distintos tipos y formatos de paneles, tableros, productos para el aislamiento térmico o el aislamiento acústico, impermeabilización o diferentes cerramientos, etc, son otros materiales que resuelven algunos de los aspectos complementarios a la 11 Estructura de madera para cubiertas de viviendas

12 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página 12 estructura. El alcance de este documento se centra en el diseño y en la concepción estructural de la cubierta, por lo que estos productos se mencionan cuando se considera conveniente aunque no se abordan en profundidad. Una información más completa de los productos derivados de la madera para su uso en construcción, de sus dimensiones comerciales y de sus prestaciones, descritas de acuerdo a los requisitos del Código Técnico de la Edificación, queda recogida en el Capítulo 1 de esta Guía de Construir con Madera CONTROL DE CALIDAD De todo lo anterior se puede deducir cuáles son los aspectos que debe contemplar el control de calidad mínimo para la ejecución de una obra con estructura de madera. Aunque existe un documento de esta Guía 12 que lo desarrolla en profundidad, a continuación se incluyen algunas recomendaciones básicas en lo que a los productos estructurales de madera se refiere. A la recepción de los materiales debe controlarse en primer lugar su composición y tipo, su marcado legal correspondiente (marcado CE, en su caso) o certificación de producto correspondiente. En esta información se incluye la necesaria comprobación de las características mecánicas del producto, normalmente definidas mediante una clase resistente. Se deben controlar las dimensiones de los elementos suministrados de acuerdo a las tolerancias dimensionales establecidas, tanto para comprobar que el volumen suministrado es el contratado, como para verificar que las piezas colocadas garantizan la seguridad estructural definida por el proyecto para las dimensiones especificadas. Documento de aplicación del CTE Se debe controlar el contenido de humedad a la recepción y en el momento de la colocación en obra, especialmente en el caso de la madera aserrada. Por un lado para verificar que se corresponde con el solicitado al suministrador. Por otro, para comprobar que la madera se coloca en la obra en las condiciones de humedad adecuadas La Clase de Uso es un concepto que relaciona la exposición de la madera al riesgo de ataque por organismos xilófagos. 12 La Clase de Uso es un concepto que relaciona la exposición de la madera al riesgo de ataque por organismos xilófagos.

13 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:48 Página Bases de cálculo para los modelos descritos en este documento Los modelos propuestos en este documento han sido desarrollados para las mismas situaciones de cálculo adaptadas a la geometría particular de cada caso. Se han elegido unas condiciones de cálculo que pueden ser consideradas medias y habituales en cubiertas con estructura de madera, de modo que otras situaciones puedan ser fácilmente resueltas por comparación simple. Otras propuestas diferentes a las descritas en este documento también son posibles mientras vayan a favor de la seguridad, como por ejemplo menores cargas, secciones mayores o separaciones menores entre piezas. Otras condiciones que no vayan a favor de la seguridad deberán ser comprobadas de manera específica NORMATIVA PRINCIPAL DE CÁLCULO Se ha aplicado el Código Técnico de la Edificación, en particular los documentos: Documento Básico SE. Seguridad Estructural. Documento Básico SE-AE. Acciones en la Edificación. Documento Básico SE-M. Seguridad Estructural, Madera. Documento Básico SI. Seguridad Estructural en caso de incendio. encontrarse otras clases resistentes basadas en otras especies de madera maciza (entre C18 y C30) o en otros productos como la madera laminada (GL24h o superior), madera maciza empalmada (C24) o dúos y tríos. Para la madera aserrada puede consultarse la norma de asignación de clases resistentes a las diferentes especies y calidades, norma UNE-EN Para los productos derivados de la madera deben consultarse las especificaciones asociadas a las normas de fabricación correspondientes, las certificaciones de producto o las fichas técnicas GEOMETRÍA DE LA CUBIERTA Para todos los casos se ha considerado una cubierta a una o dos aguas, en este caso simétrica, y con una inclinación de 30º que alcanza en la cumbrera una altura desde el suelo de hasta 9 metros, lo que permite edificaciones de una o de dos alturas con holgura. Para la forma básica de cubierta a un agua con parecillos se ha considerado una luz de 4 m en proyección horizontal y una separación entre ejes de armaduras de 0,80 m. Figura 1. En cuanto a las propiedades mecánicas de la madera: Norma UNE-EN 338. Madera Estructural. Clases Resistentes CLASE RESISTENTE Se ha considerado en todos los casos una Clase Resistente C22. Esta clase resistente se corresponde con una calidad MEG (aplicable a secciones con un espesor superior a 70 mm) de madera aserrada de pino silvestre (Pinus sylvestris L.) o pino laricio (Pinus nigra Arnold.), de acuerdo a la norma de clasificación visual UNE En el mercado se puede encontrar una clase resistente C22 con normalidad, tanto en madera de procedencia española como europea. También pueden Figura 1. Forma básica de cubierta a un agua. En los modelos simples de cubierta a dos aguas de par e hilera o de par y nudillo se ha tomado una luz de 8 metros entre ejes de los apoyos, con una separación entre ejes de los elementos de 0,80 metros. Figura 2. Estructura de madera para cubiertas de viviendas Figura 2. Forma básica de cubierta a dos aguas. 13

14 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página 14 Las geometrías propuestas en este documento son habituales en edificación de viviendas, pero con los productos adecuados y con la comprobación correspondiente se pueden extrapolar a otro tipo de cubiertas y dimensiones. Salvo circunstancias especiales, se puede generalizar que las estructuras propuestas siguen siendo válidas para geometrías de menores dimensiones. Las dimensiones citadas son las referidas a las distancias entre ejes de piezas y ejes de apoyos, por lo que las figuras y las cotas son las correspondientes a la representación alámbrica de cada forma de cubierta Carga permanente Carga permanente (CP), duración permanente: 0,90 kn/m 2 (gravitatoria). Este valor se corresponde con el de una cubierta considerada ligera (por debajo de 1 kn/m 2 ), como es el caso de la mayoría de este tipo de cubiertas. Puede estar formada por un panel de cubierta tipo sándwich o constituido in situ sobre la estructura, con un cerramiento de teja o pizarra ordinarias. Figura 4. Las dimensiones de las piezas en este documento se expresan con carácter general de la forma 'b x h', en milímetros, donde la dimensión 'h' expresa la dimensión de la sección en relación al eje de flexión. En algunas piezas como los pares las cargas principales se sitúan en un plano vertical y el eje de flexión 'y' es horizontal, por lo que la dimensión 'h' representará la altura de la sección. En otras como los estribos las cargas principales actúan en un plano horizontal y el eje de flexión 'y' pasa a ser vertical, por lo que la dimensión 'h' se medirá en el plano horizontal. Figura 3. Figura 4. Carga permanente por metro cuadrado de cubierta, en kn/m 2. Considerando la separación entre ejes de parecillos de 0,80 metros, la carga aplicada sobre la estructura es la siguiente. Figura 5. Figura 3. Dimensiones de las secciones. Figura 5. Carga permanente por metro lineal de estructura, en kn/m. Documento de aplicación del CTE 5.4. ACCIONES CONSIDERADAS EN EL CÁLCULO Las acciones consideradas en el cálculo se han tomado de manera simplificada para un caso genérico y representativo de cubiertas ligeras a una o dos aguas, válidas para viviendas unifamiliares de hasta dos alturas. Otras situaciones de carga diferentes de las contempladas en este documento deben ser comprobadas específicamente. A este valor se le sumará en cada caso el correspondiente al peso propio de la estructura. En las comprobaciones realizadas se ha incluido un peso propio de los elementos estructurales de madera suponiendo a favor de la seguridad una densidad media de 600 kg/m 3, ligeramente superior a la densidad media que corresponde a la clase resistente C22. 14

15 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página Nieve Para calcular la acción de la nieve se ha considerado un valor genérico de 1,0 kn/m 2 (sobre metro cuadrado de proyección horizontal), de corta duración y para una altitud inferior a m sobre el nivel del mar. Figura 6. Figura 6. Sobrecarga de nieve por metro cuadrado horizontal, en kn/m 2. Teniendo en cuenta la pendiente de la cubierta (30º) con su factor de forma correspondiente y que no se prevé la colocación de retenedores de nieve, el valor de sobrecarga de nieve extendido sobre el metro lineal de los elementos de la cubierta es el que se representa en la Figura 7. Figura 7. Sobrecarga de nieve por metro lineal de estructura, en kn/m. Este valor es válido y generalizable para construcciones situadas a un altitud de hasta 700 m sobre el nivel del mar en cualquier parte del territorio nacional, aunque se puede ajustar para otras localizaciones según los valores de carga interpolados entre las diferentes zonas climáticas. Así, la altitud máxima a la que pueden construirse las soluciones propuestas en cada zona climática como consecuencia de la carga de nieve, son las siguientes: Zona 1. Altitud máxima: 700 m snm. Zona 2. Altitud máxima: 700 m snm. Zona 3. Altitud máxima: snm Zona 4. Altitud máxima: 900 m snm Zona 5. Altitud máxima: m snm Zona 6. Altitud máxima: 930 m snm Zona 7. Altitud máxima: cualquier altitud En los valores de sobrecarga de nieve no se ha tenido en cuenta el efecto del témpano que sería de aplicación en los aleros Viento Para calcular la acción del viento se ha supuesto en todos los casos lo siguiente: Presión dinámica del viento q b = 0,5 kn/m 2, valor simplificado que se considera válido para cualquier punto del territorio español. Coeficiente de exposición c e = 2,7, válido para edificios de hasta 6 metros de altura en zonas con un grado de aspereza del entorno I, equivalente a la situación más expuesta en el borde del mar o frente a una superficie de agua en la dirección del viento de al menos 5 km de longitud. Coeficiente eólico que considera la peor situación de presión o de succión, válido para cubiertas a un agua o a dos aguas en edificios cerrados o con pocos huecos, y tomados para un área de influencia mayor o igual a 10 m 2. El viento es considerado en todos los casos como una acción de corta duración. Con estos supuestos se ha calculado la acción del viento sobre la cubierta tanto en dirección perpendicular al pórtico como paralelo a la cumbrera (sin parapetos), simplificando los casos posibles a los más desfavorables de succión o de presión y válidos para las zonas más representativas de la cubierta. En los casos propuestos no se incluyen los efectos de la presión o succión interior debidos a la presencia de huecos importantes en las fachadas, así como tampoco se considera el posible efecto de marquesina en caso de grandes huecos a barlovento. Cubierta a un agua El caso más desfavorables de succión tiene lugar bajo la hipótesis de viento paralelo a la cumbrera en la zona H. El caso más desfavorable de presión tiene lugar bajo la hipótesis de viento transversal en las zonas G y H. Figura Figura 8. Hipótesis de viento más desfavorables en cubiertas a un agua, sobre metro cuadrado de faldón de cubierta, en kn/m Estructura de madera para cubiertas de viviendas 13 Valores negativos indican succión y positivos presión. En las figuras se representan gráficamente de manera coherente con su signo.

16 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página 16 Aplicando estos valores sobre cada elemento de cubierta se obtienen las cargas por metro lineal indicadas en la figura adjunta. Figura 9. Figura 12. Peor hipótesis de presión en cubierta a dos aguas, viento transversal, en kn/m 2. Figura 9. Hipótesis de viento más desfavorables por metro lineal de estructura en cubiertas a un agua, en kn/m. Cubierta a dos aguas Tanto en formas sencillas como en cerchas o en el resto de cubiertas a dos aguas, el caso más desfavorable de succión tiene lugar en caso de viento paralelo a la cumbrera o viento longitudinal, en la zona I. Los valores obtenidos se expresan en las figuras adjuntas por metro cuadrado de cubierta y por metro lineal de elemento estructural. Figura 10 y Figura 11. El único caso de presión se produce bajo la acción del Figura 10. Peor hipótesis de succión en cubierta a dos aguas, viento longitudinal, en kn/m 2. Figura 13. Peor hipótesis de presión sobre los elementos estructurales en cubiertas a dos aguas, viento transversal, en kn/m Sobrecarga de uso o mantenimiento El valor de sobrecarga de uso distribuido uniformemente en cubiertas ligeras accesibles sólo para mantenimiento es de 0,40 KN/m 2, expresado por metro cuadrado de proyección horizontal, y se considera de corta duración. Este valor es inferior al considerado para la nieve. No se consideran simultáneas las acciones de la nieve y el mantenimiento, por lo que se trataría de una hipótesis redundante que no ha sido incluida en las comprobaciones. Por otro lado, se ha tenido en cuenta una carga puntual concentrada en el punto más desfavorable de la estructura de 1,00 kn. En las formas básicas de parecillos, cubierta de par e hilera o con nudillo, se considera como punto más desfavorable el centro del vano de cada pieza. Figura 14 y Figura 15. Documento de aplicación del CTE Figura 11. Peor hipótesis de succión en cubierta a dos aguas, viento longitudinal, carga por metro lineal en kn/m. viento transversal sobre el faldón de barlovento y dando como resultando un empuje asimétrico. Las zonas de la cubierta G y H se obtienen de manera análoga a la cubierta de un solo faldón. Figura 12 y Figura 13. Figura 14. Sobrecarga puntual de mantenimiento en formas básicas a un agua, en kn. 16 Figura 15. Sobrecarga puntual de mantenimiento en formas básicas a dos aguas, en kn.

17 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página Combinación de acciones Las hipótesis básicas consideradas, como resumen de los puntos anteriores, son las siguientes: Carga permanente (CP) Sobrecarga de nieve (N) Peor hipótesis de viento de succión (WS) Peor hipótesis de viento de presión (WP) Mantenimiento (M) Las combinaciones de acciones y coeficientes de mayoración considerados en el cálculo de los diferentes sistemas constructivos en situación normal quedan recogidas en la siguiente tabla. Tabla 1. El CTE en su versión de 2009, introduce a través del DB SE-AE una interpretación según la cual la sobrecarga de mantenimiento no es concomitante con el resto de las acciones variables, lo que da a entender que no se contempla simultaneidad entre carga de mantenimiento y otras cargas variables. Otra interpretación posible y más exigente desde el lado de la seguridad consistiría en tomar la carga de mantenimiento como carga principal, en cuyo caso se podría interpretar que el resto de las cargas variables sí pudieran ser concomitantes con ella. En los casos propuestos en este documento se ha comprobado que este supuesto no da lugar a la combinación más desfavorable, por lo que se ha omitido en los cálculos. Las mismas combinaciones de acciones consideradas en el cálculo en situación de incendio quedarían como se expresa en la tabla siguiente. Tabla 2. En dicha tabla aparecen algunas combinaciones redundantes como consecuencia de la aplicación de los coeficientes que en cada caso correspondan, pero se incluyen con el objeto de conservar la misma denominación de las combinaciones definidas en situación normal. La obtención detallada de los valores de combinación puede consultarse en el Anexo 1. Tabla 1. Combinación de acciones situación normal. Estructura de madera para cubiertas de viviendas Tabla 2. Combinación de acciones situación de incendio. 17

18 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página CLASE DE SERVICIO Se ha considerado una clase de servicio 2. Muchas de las cubiertas de este tipo suelen encontrarse ventiladas hacia el exterior, lo que se corresponde con una clase de servicio 2. En otros casos pueden quedar bajo el cerramiento y aislamiento de la edificación, en cuyo caso se podría considerar una clase de servicio 1. En estructuras situadas en clase de servicio 1 se producen menores deformaciones por fluencia que en clase 2, por lo que se mejora el comportamiento frente a Estados Límite de Servicio. Sin embargo, en productos como la madera aserrada o la madera laminada no se ve afectada la resistencia de cálculo y no existe diferencia en lo que se refiere a la comprobación de los Estados Límite Últimos. En el plano perpendicular al faldón de cubierta, que es el plano del pórtico, se han considerado las condiciones de estabilidad que corresponden a cada caso. Estas condiciones se resumen en considerar la longitud eficaz de pandeo o de vuelco como la longitud correspondiente al vano de cada pieza, sin restricciones intermedias DEFORMACIONES ADMISIBLES Se han considerado con carácter general unas deformaciones totales admisibles para la estructura principal de l / 300, siendo l la luz correspondiente al vano de cada pieza. La flecha activa se ha limitado a un valor de l / 250. Estas limitaciones se generalizan para las exigencias de confort, apariencia e integridad. Documento de aplicación del CTE ESTABILIDAD Las condiciones de estabilidad frente al pandeo o al vuelco lateral dependen de la organización constructiva de cada tipo de cubierta. Un arriostramiento continuo de los elementos estructurales para mejorar la estabilidad se puede garantizar utilizando para el cerramiento un panel o tablero que debe ser apto para uso estructural y debe ir convenientemente fijado a la estructura. En los casos propuestos se considera que la estabilidad de los elementos en el plano del faldón de cubierta puede lograrse fácilmente con el propio tablero de cerramiento o mediante una estructura secundaria de arriostramiento, por lo que no se ha tenido en cuenta el efecto del pandeo en este plano o del vuelco lateral como factores limitantes para el diseño y comprobación estructural. En este sentido, todas las dimensiones netas de las secciones propuestas en los ejemplos tienen un ancho de, al menos, 100 mm. Atendiendo al cálculo en situación normal, con esas dimensiones no sería necesario más arriostramiento lateral que el propio de la cumbrera a través de la hilera. Sin embargo, en situación de incendio, cuando la sección reducida da lugar a esbelteces mayores, es posible que sea necesaria alguna consideración adicional, en cuyo caso se añadirá según proceda como resultado de las comprobaciones RESISTENCIA AL FUEGO En cada caso se ha comprobado una RF30, que es la exigible con carácter general en viviendas de hasta 15 metros de altura, o con carácter más general en cubiertas ligeras que no sean zonas de evacuación o que no alcancen 28 metros de altura. El método utilizado en los cálculos de los ejemplos es el basado en el método simplificado propuesto por el CTE para la comprobación de la resistencia al fuego de las estructuras de madera. Se ha tomado una velocidad nominal de carbonización de 0,8 mm/min, que es la correspondiente a una madera de conífera aserrada con densidad característica superior a 290 kg/m 3. Este caso es más desfavorable y, por tanto, generalizable del lado de la seguridad al de otros productos como la madera laminada con velocidades de carbonización ligeramente inferiores. En las piezas que hacen de soporte del cerramiento de cubierta (pares y parecillos) se han tenido en cuenta tres caras expuestas, bajo el supuesto de que la cara superior de todos los elementos estructurales se encuentra convenientemente protegida por el cerramiento de la cubierta. En otras piezas exentas como tirantes o nudillos se han considerado las cuatro caras expuestas. Y en el caso de los estribos se han considerado dos caras expuestas, las que se

19 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página 19 orientan hacia el interior de la cubierta y hacia la parte superior. Figura 16. de lo estrictamente necesario para las uniones descritas en este documento debe ser comprobada de manera específica. Figura 16. Caras expuestas al fuego en las diferentes piezas, cotas en mm. En estas comprobaciones no se han tenido en cuenta las deformaciones y se ha supuesto que el sistema de estabilización frente al pandeo o al vuelco sigue siendo eficaz como en situación normal. Del mismo modo no se prevé que la estructura sea responsable del soporte de otros elementos de compartimentación de sectores de incendio. Las consideraciones detalladas respecto al comportamiento de las estructuras de madera en situación de incendio pueden consultarse en el Capítulo 3 de la presente Guía DIMENSIONADO DE SECCIONES Y RESULTA- DOS DE LA COMPROBACIÓN Para cada caso propuesto se ofrecen los resultados de la comprobación considerados más importantes, tales como: dimensiones de las secciones de las piezas de madera reacciones en los apoyos factores limitantes de la comprobación índices de agotamiento deformaciones obtenidas En cuanto a las dimensiones propuestas se ha procurado ajustarse a la gama dimensional habitual entre las secciones comerciales. Por razones constructivas o de otra naturaleza y con carácter general se podrán disponer secciones mayores a las especificadas en las propuestas en este documento siempre que mejore la capacidad resistente del conjunto, mientras que secciones menores deberán ser comprobadas. Reacciones en los apoyos Las reacciones en los apoyos, expresadas sin mayorar para cada hipótesis básica de carga y cada apoyo, y referidas a unos ejes generales, se facilitan para llevar a cabo la comprobación de la estructura subyacente y los anclajes de la estructura de madera. La resolución de estos anclajes dependerá del tipo de estructura que soporta la cubierta. En cada caso se representan de acuerdo al esquema general adjunto en el que se incluye el criterio de signos de referencia. Figura 17. Dimensiones Las dimensiones propuestas para cada tipo de cubierta deben considerarse como nominales y, por tanto, es de aplicación lo referido a dimensiones y tolerancias en el CTE 15. Modificaciones sobre las secciones propuestas en forma de mecanizados, cajeados o cualquier otra circunstancia que suponga reducción de la sección resistente neta más allá 14 Guía de Construir con Madera. Capítulo 3. Comportamiento frente al fuego. Documento de aplicación del CTE. Figura 17. Esquema general de representación de reacciones. 19 Estructura de madera para cubiertas de viviendas 15 En el caso de la madera aserrada es de aplicación la Norma UNE-EN 336. Madera estructural. Dimensiones y Tolerancias. En madera laminada encolada es de aplicación la norma UNE-EN 390.

20 Cubiertas_Maquetación 1 31/07/13 10:49 Página 20 Los valores de las reacciones sin mayorar se incluyen en una tabla para cada apoyo e hipótesis básica de carga. Tabla 3. Deformaciones A los resultados se incorporan los valores de las deformaciones obtenidos por cálculo en la situación más desfavorable, haciendo referencia a los valores admisibles expresados en forma de proporción sobre el vano de las piezas o de la estructura. Tabla 3. Ejemplo de reacciones en el apoyo 1 (valores ficticios de ejemplo). En la tabla adjunta y en las de los ejemplos puede observarse que en ningún apoyo se producen reacciones en forma de momento flector, ya que se trata siempre de apoyos articulados. Dependiendo del tipo de estructura y de apoyo las reacciones se pueden expresar como un valor de carga puntual o un valor de carga lineal repartido sobre la estructura de soporte. Factores limitantes En los caso que se considere interesante se advierte sobre los factores limitantes de la comprobación con el objeto de facilitar información que permita interpretar mejor el comportamiento estructural y las posibilidades de optimización de modelos estructurales similares TIPOS ESTRUCTURALES PROPUESTOS En este documento se proponen y describen los fundamentos necesarios para desarrollar el proyecto de estructura para algunos de los tipos estructurales más habituales en cubiertas a una o dos aguas: Cubierta de parecillos. Cubierta de par e hilera. Cubierta de par y nudillo. En cada caso se incluye la información estructurada en los siguientes epígrafes: Descripción general. Descripción del comportamiento estructural. Modelo de la comprobación. Resultado de la comprobación en situación normal: reacciones, índices de agotamiento y deformaciones. Resultado de la comprobación en situación de incendio: reacciones e índices de agotamiento. Índices de agotamiento Los índices de agotamiento 16 en situación normal y en situación de incendio, así como las deformaciones obtenidas, se facilitan como resultado principal de la comprobación realizada. Documento de aplicación del CTE Las comprobaciones realizadas se refieren a la sección nominal resistente de cada pieza, e incluyen los efectos de las tensiones normales y tangenciales en la situación más desfavorable de cada estructura propuesta. Otras comprobaciones singulares debidas, por ejemplo, a concentraciones de esfuerzos, cambios bruscos de sección o cargas excepcionales deben realizarse de manera específica El índice de agotamiento es una expresión matemática que relaciona la tensión con la resistencia en valores de cálculo, incorporando los coeficientes específicos de cada comprobación. Un valor de 1 índica que la tensión de cálculo es igual a la resistencia, por lo que la pieza estructural se encontraría optimizada al máximo. Un índice menor o igual que la unidad es aceptable, mientras que un índice superior a la unidad indica que se ha sobrepasado el límite de seguridad propuesto por la norma de cálculo.