La mayoría de los techos de las viviendas se pueden resolver y fabricar con perfiles de acero galvanizado liviano de Steel Framing/Metalcom. Estas se diseñan con montantes (en forma de “C” unidos de espalda a espalda o alma con alma), y la gran ventaja que brindan las estructuras de acero galvanizado liviano es que ofrecen un sistema de techumbre liviana y de alta resistencia que se pueden manipular e instalar rápidamente.
Hoy en día, son muchas las estructuras basadas en este sistema, pero en la construcción residencial, las cerchas de madera todavía son utilizadas, pero, de a poco, los sistemas de basados en Steel Framing/Metalcon están ganando terreno en aspectos donde se requiere resistencia adicional o donde se necesite resolver luces mayores.
Una cercha o cabriada estándar es una serie de figuras del tipo triángulos, una forma geométrica estable que es difícil de distorsionar bajo cargas. Independientemente de su tamaño y forma general, todas las cuerdas superiores e inferiores montantes y diagonales de armadura forman triángulos. Estos triángulos se combinan para distribuir la carga a través de cada uno de los miembros que la componen, dando como resultado una estructura ligera que es más fuerte que la suma de la fuerza de sus componentes individuales.
Sin embargo, para todas las ventajas antes descritas, las técnicas de instalación y los refuerzos adecuados son fundamentales. Además, las cerchas no deben modificarse en obra sin consultar al fabricante o ingeniero encargado. Cortar un miembro que la compone, por ejemplo, alterará radicalmente su resistencia.
TIPO DE CERCHAS O CABRIADAS
Hay muchos tipos de cerchas o cabriadas. Los tipos más comunes se muestran a continuación.
La mayoría de las cerchas tienen elementos reticulados que están entre los cordones superior e inferior. Estas cerchas se montan sobre los muros de la vivienda, que a su vez generan reacciones que impactan a las cerchas. Hay varios tipos de cerchas/cabriadas que dejan espacio para almacenamiento en el entretecho o en la sala de estar. En estos casos la cuerda inferior de la cercha también actúa como una viga de piso y debe tener el tamaño adecuado para acomodar las cargas adicionales. Una cercha o cabriada con almacenamiento tipo mansarda se traduce en un diseño que puede impactar en su peso y características propias a diferencia de una cercha sin esa particularidad.
La resistencia de una cercha se deriva de las formas triangulares que componen la armadura. Los triángulos son formas geométricas naturalmente rígidas que resisten la distorsión. Las cuerdas superiores están sometidas a fuerzas de compresión variables, la cuerda inferior normalmente está sometidas a tensiones variables. Los montantes y diagonales forman triángulos más pequeños que fortalecen la estructura general y proporcionan rigidez. Las cargas en estos últimos elementos están sometidos a cargas axiales.
PROCESO DE DISEÑO DE CERCHAS/CABRIADAS
Una vez que el cliente ha comunicado las características básicas de un proyecto al fabricante o constructor, el proceso de diseño y fabricación avanza con bastante rapidez. Casi todos los fabricantes de cerchas utilizan software informático especializado para ayudar en el proceso de diseño de vigas. En manos de un profesional, estas aplicaciones de software pueden reducir drásticamente el tiempo necesario para producir cerchas para soportar las cargas en forma óptima para una estructura. Una Cercha/Cabriada óptima es aquel que ha sido diseñado para ser estructuralmente estable, lo más liviano posible y de acuerdo a las ormativas de construcción locales.
Aparte de la ubicación, el tipo de vivienda y las normativas de construcción, hay una serie de parámetros que alimentan el proceso de diseño. Como se señaló, la categoría de exposición al viento puede desempeñar un papel importante en el diseño y la resistencia requerida de un sistema de cerchas o cabriadas.
Las aberturas de puertas y ventanas pueden aumentar la presión dentro de una estructura durante condiciones de carga de viento. En condiciones de viento, las aberturas influyen en la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la estructura. En condiciones extremas de viento, la presión dentro de la estructura puede ser mucho mayor que la presión exterior, lo que genera fuerzas de elevación en el sistema del techo. La presión dentro del edificio es mayor cuando se permite la entrada del viento en la estructura. Las ventilaciones, como las de cresta y / o las ventilaciones a dos aguas, pueden ayudar a aliviar parte del diferencial de presión, pero los ingenieros no las consideran una medida de mitigación significativa.
Los huracanes por ejemplo son la clara señal para ejecutar un buen diseño de techumbre y utilizar prácticas de instalación sólidas. Durante esos eventos, los fuertes vientos arrancan miles de techos de sus estructuras y llevan a una importante revisión de los códigos de construcción.
En este caso, la naturaleza actúa con fuerzas combinadas de presión al interior de las aberturas, las presiones de elevación externas en el lado de sotavento del viento y sumado a una inadecuada instalación del techo, llevaron a daños catastróficos y costosos resultados.
Para tener en cuenta las condiciones de viento locales, el diseñador o ingeniero seleccionará una categoría de exposición al viento de acuerdo con las condiciones del sector donde se emplazara la vivienda.
Por ejemplo, una cercha para una vivienda ubicada en un valle tendría una resistencia significativamente menor que una para una vivienda ubicada en la costa o en una zona con condiciones de nieve predominante. En resumen, la ubicación y el tipo de requerimiento para un edificio impulsan las cargas requeridas. Las cargas requeridas impulsan el peso, y el peso impulsa el costo.
Para la mayoría de los diseñadores e ingenieros, el resultado final de un diseño de cercha o cabriada son los dibujos preliminares y los informes generados por sotware que describen las características de cada cercha.
PARAMETROS TIPICOS DEL DISEÑO DE CERCHAS/CABRIADAS.
- Cargas de diseño que incluyen carga muerta, carga viva, cargas de nieve y viento
- Tamaños de las piezas y características de resistencia
- Deflexiones máximas de diseño
- Planos con instrucciones de construcción.
INSTALACION DE CERCHAS/CABRIADAS.
Como cualquier sistema de armaduras de techumbre, se pueden instalar en base equipo reducido de personas o con gruas y un equipo experimentado. Existe una serie de buenas prácticas en la industria para instalar cerchas, Los más críticos se analizan a continuación:
Las cerchas nunca deben fijarse rígidamente a las divisiones interiores interiores. Esto puede inducir fuerzas de flexión que las cerchas no están diseñadas para soportar. También se sabe que las cerchas unidas de forma rígida levantan del suelo una pared interior que no soporta carga.
El instalador de cerchas siempre debe seguir las instrucciones especiales del ingeniero o diseñador. Por ejemplo, el refuerzo de cruz de san andes es una técnica común de fortalecimiento de la estructura, se aplica mejor en el lugar de instalación. No instalar el arriostramiento respectivo puede alterar drásticamente la resistencia del sistema de cerchas/cabriadas.
La mayoría de los techos, independientemente de su ubicación, están diseñados con un extremo fijo y un extremo deslizante. Este enfoque reduce significativamente la cantidad de fuerza lateral en las paredes que sostienen el sistema de cerchas/cabriadas. Reforzar los muros contra las fuerzas laterales, especialmente en la parte superior del muro, es difícil. Por lo tanto, el enfoque es reducir la fuerza lateral en las paredes permitiendo que la estructura se deslice horizontalmente. Muchos constructores realizan las llamadas “conexiones deslizantes” que permiten que la cercha se mueva horizontalmente, al tiempo que evita cualquier movimiento vertical.
Las cerchas nunca deben modificarse o cortarse sin primero consultar con el ingeniero a cargo. Si la cercha se dañó durante el envío, el instalador debe comunicarse para obtener un plan de reparación acorde.
EL VALOR DE LA INGENIERIA.
En el clima económico imperante, el término Ingeniería de valor agregado aparece en casi cualquier conversación sobre de los diseños de viviendas residenciales. El valor es la relación entre la función y el costo. El valor se puede aumentar mejorando la función o reduciendo el costo.
En el mundo de las techumbres de Steel framing/Metalcon, el peso de las armaduras individuales y el recuento total de las mismas es generalmente el factor que determina los costos. En consecuencia, la ingeniería de valor para una cercha o cabriada es el proceso de diseñarlos para que sean lo más liviano posible mientras se cumplen los requisitos de los códigos constructivos y el diseño del edificio.
El software de diseño de cerchas/cabriadas puede ayudar enormemente a analizar una cercha individual y recortar el peso innecesario. Sin embargo, gran parte del proceso cae en manos de un ingeniero con gran experiencia.
El ingeniero estructural normalmente realizará un diseño inicial utilizando los tamaños y espesores más livianos que le permita su intuición y experiencia. A partir de ahí, el ingeniero carga los parámetros en un programa de computador, dibuja la armadura y realiza un análisis miembro por miembro.
Una vez que se realiza el análisis de falla de aprobación inicial, el ingeniero de diseño fortalecerá los miembros defectuosos, recortará los sobre diseñados y volverá a ejecutar el análisis. Este proceso se repite hasta que se optimiza el diseño de la cercha.
OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR
Espacios para guardar: En estos sectores, la cuerda inferior juega un papel doble como miembro de una cercha y viga de piso se debe analizar las cargas a soportar, en algunos casos podría suponer aumento de costos en la medida que se necesiten miembros de mayor soporte del cordón inferior.
Material de techo: El tipo de material del techo controla la deflexión permitida en el diseño de la cercha/cabriada. Si el material de acabado del techo es frágil, la armadura debe diseñarse para resistir la deflexión. La resistencia típica a la deflexión requiere una armadura más grande o más pesada y un costo adicional.
Pendiente: Las cerchas o cabriadas más altas tienen más metraje lineal de material y generalmente más peso. También transfieren más fuerza lateral a las paredes del edificio. Esto se debe a que hay más superficie para atrapar el viento y cargas de levantamiento más altas en el lado de sotavento. En techos de poca pendiente, las opciones de materiales para techos pueden reducirse. Por ejemplo, las tejas de asfalto no deben instalarse en pendientes muy bajas, en ese caso se debe consultar las especificaciones técnicas del fabricante.
Altura: Por lo general, una cercha más alta fortalecerá la resistencia general de la estructura y puede reducir el peso.
Tipo de revestimiento: El tipo de sustrato de la techumbre juega un papel importante en la estructura de una techumbre proporcionando seguridad y base para recibir el material de acabado final.
FABRICACIÓN EN SERIE.
La fabricación de cerchas de Steel framing/Metalcom se ensamblan típicamente en grandes mesas de trabajo. Las mesas están equipadas con pasadores y abrazaderas que sujetan las piezas de las cerchas para permitir su armado más rápido. Los cordones inferiores y superiores y los montantes y diagonales se instalan en la plantilla y luego se perforan con tornillos hexagonales autorroscantes N° 10×3/4“. Una vez que se ha completado la plantilla, normalmente dos trabajadores experimentados necesitan poco tiempo para colocar el material y cargarlos directamente en el camión de reparto. Sin embargo, cuando esto no es posible, las cerchas terminadas se apilan, y se instalan en bandas y se almacenan en el patio de bodega, ya sea vertical u horizontalmente. Cuando se transportan cerchas de acero, se apilan a lo largo de su cuerda inferior y se aseguran en la parte superior con piezas adicionales de canales o montantes.
