CUBIERTAS ESTRUCTURADAS CON CERCHAS
La solución más común para cubiertas residenciales son las cerchas que cubren grandes vanos sin requerir apoyos intermedios. Las cerchas de acero están reemplazando gradualmente las cerchas de madera, principalmente en los procesos de remodelaciones, gracias a la gran resistencia estructural del acero, la levedad de las piezas, y porque es inmune a los insectos además de ser incombustible.
Existe una gran variedad de diseños de cerchas, lo que se debe a factores estéticos, funcionales, climáticos, culturales, etc. (Fotos 4.5 y 4.6):
Foto 4.5 – Modelo de cerchas de cubierta confeccionada con perfiles de acero conformados en frío galvanizados.
Foto 4.6-Cubierta en arco confeccionada con perfiles de acero conformados en frío galvanizados.
Las tipologías más usadas son:
Cercha Howe:
Figura 4.8 – Cercha Howe
Cercha Pratt:
Figura 4.9 – Cercha Pratt
Cercha Fink:
Es la más utilizada en los Estados Unidos para residencias en Steel Framing
Figura 4.10 -Cercha Fink
Otros diseños de cerchas adoptadas son:
Cercha Alemana:
Figura 4.11 – Cercha alemana
Cercha Belga:
Figura 4.12- Cercha Belga
Las cerchas pueden venir armadas en fábrica (Foto 4.7) o ser armadas en el sitio de la obra. En ambos casos, las cerchas deberán ser proyectadas y dimensionadas por profesionales especializados. Las cerchas armadas en fábrica presentan algunas ventajas, tales como: precisión dimensional y menor tiempo de trabajo en la obra. La confección de cerchas en el sitio de la obra requiere muchas veces un gran espacio plano disponible para el montaje de la mesa de trabajo y personal preparado.
Foto 4.7 – Cerchas armadas en fábrica
El techo está compuesto de dos partes principales:
Cordón superior: perfil Cm que le da forma e inclinación a la cubierta;
Cordón inferior: perfil Cm que le da forma e inclinación al cielo raso del espacio cubierto;
Pendolones: perfiles Cm que dispuestos verticalmente; vinculan el cordón superior con el inferior;
Diagonales: perfiles Cm inclinados que vinculan el cordón superior e, inferior y los pendolones;
Rigidizadores de apoyo: recorte de perfil Cm colocado en los puntos de apoyo de la cercha para la transmisión de los esfuerzos y para evitar el pandeo local de los perfiles de los cordones;
- Arriostramientos: perfiles Cm, canales Um o cintas de acero galvanizado que vinculan las cerchas y le dan estabilidad al sistema de cubierta.
Figura 4.12- Cercha Belga
Las uniones entre los miembros de una cercha pueden ejecutarse en diferentes formas. Pero las más comunes son:
- En el mismo plano, en que se hallan los nudos de la cercha, se atornillan los perfiles en las chapas de Gusset (Foto 4.8)
Foto 4.8 – Cerchas cuyos elementos están fijados en placas metálicas de acero (placas de Gusset).
Capa sobre capa, donde los perfiles que forman pendolones y diagonales son atornillados al cordón superior e inferior por sus almas. Es así como la abertura de los perfiles de los cordones quedan a un lado y la de los perfiles de los pendolones y las diagonales al otro. En la unión del cordón superior con el inferior debe recortarse el ala y el rigidizador de borde del perfil del cordón inferior para permitir el armado, conforme lo muestra la Figura 4.14:
Figura 4.14 – Detalle unión cordón superior e inferior de una cabriada
En los dos métodos descritos, el plano definido por las almas de las piezas debe coincidir con las almas de los perfiles que sirven de apoyo.
Los cordones superiores pueden prolongarse en voladizo, más allá del encuentro con los paneles de apoyo, formando el alero de la cubierta. Los cordones superiores son rematados en sus extremos con un canal Um (Figura 4.15)
Figura 4.15 – Detalle del alero del tejado
La cumbrera puede presentar diferentes soluciones de diseño que depende del tipo de la cercha y de la unión de las piezas (Figuras 4.16 y 4.17).
Figura 4.16 – Detalle cumbrera de cercha Pratt.
Figura 4.17 – Detalle de cercha (a) Howe y (b) Pratt
Para cubiertas de dos aguas, el panel de cerramiento del tímpano, es construido de acuerdo a la presencia y disposición de la cumbrera. Cuando no hay aleros perpendiculares al plano de las cerchas, el tímpano será un panel con la misma inclinación y altura de las cerchas (Figura 4.18).
Figura 4.18 – Panel de cerramiento del tímpano.
Para los aleros es necesario construir un panel auxiliar denominado “panel de alero” para cuya fijación a la estructura de la cubierta pueden emplearse los dos métodos:
1. El panel del alero puede apoyarse sobre el tímpano, y en la primera ca, que es lo más recomendable; o
2. El panel del alero puede fijarse en el panel del tímpano quedando en voladizo;
En el 1er caso, la altura del tímpano debe ser menor que la altura de la cercha tipo para permitir el traspaso y el apoyo del alero que se fijará en la primera cercha de la cubierta, según lo muestra la Figura 4.19:
Figura 4.19 – Panel de alero.
Para poder unir el alero a la cercha, deberán reforzarse los cordones superiores de la misma con un canal Um formando una sección cajón, en la que puede fijarse el panel de alero, como lo muestra la Figura 4.20:
Figura 4.20 – Detalle de fijación de panel de alero.
En algunos casos puede colocarse junto con el panel del tímpano, una cercha de la misma altura a fin de permitir una superficie para atornillar las placas de cielo raso y la fijación de los arriostramientos hasta el extremo de la estructura.
Como el alma de los perfiles del alero debe coincidir con el alma de los perfiles que sirven de apoyo, la modulación del panel del alero dependerá del ángulo de inclinación de la cubierta.
Sólo se adopta un panel de alero en voladizo cuando hay una pequeña proyección del alero. El panel del alero se fija al tímpano que tiene la misma altura que las cerchas (Figura 4.21).
Figura 4.21 – Panel de alero en voladizo.
La modulación de este alero no necesariamente debe coincidir con la del panel del tímpano en el que está fijado. La flexión del voladizo es absorbida en parte por las placas del diafragma que van fijadas tanto a los cordones superiores de las cerchas como al panel del alero.
Para cubiertas de cuatro aguas o con intersección de planos inclinados (Foto 4.9) , existe básicamente tres formas de ejecución:
1. Por medio de vigas y cabios según el método presentado más arriba para tejados estructurados con cabios;
2. Paneles de cubierta, donde se ejecutan paneles para formar la volumetría de la cubierta, conforme lo muestra la Figura 4.22. La intersección de estos paneles inclinados se obtiene con piezas compuestas de perfiles Cm y canales Um, según lo descrito para cubiertas estructurados por cabios
Foto 4.9 – Cubierta con intersección de varios planos.
Figura 4.22 – Método para construcción de tejados de cuatro aguas.
3. Por medio de cerchas auxiliares.
A partir de la cercha tipo se forma una secuencia de cerchas auxiliares de formato trapezoide; la altura de cada una corresponde a su relativa posición en la inclinación del tejado y que apoyarán las correas, como lo muestra la Figura 4.23:
Figura 4.23 – Cerchas auxiliares.
Estabilidad de la Cubierta Estructurada con cerchas
El arriostramiento inadecuado es en la mayoría la causa de los colapsos del sistema de cerchas durante la construcción. El arriostramiento correctamente instalado es vital para la seguridad y la calidad de la estructura de la cubierta durante el montaje y su vida útil.
La función del arriostramiento es hacer que las cerchas de la cubierta actúen juntas como unidad para resistir las solicitaciones aplicadas a la estructura ya que aisladas las cerchas son inestables lateralmente y tienden a girar en torno del eje definido por la línea de sus apoyos.
La estabilidad de la estructura de cubierta está dada por:
a) Arriostramiento lateral:
Compuesto por perfiles Cm y canales Um que fijados perpendicularmente a las cerchas además de reducir el largo del pandeo de los cordones superiores (Figura 4.24) e inferiores, sirven para transferir la acción del viento a las cerchas y arriostramientos verticales;
Figura 4.22 – Método para construcción de tejados de cuatro aguas.
b) Arriostramiento vertical o en “X”:
Estructura plana vertical formada por perfiles/stud Cm cruzados dispuestos perpendicularmente al plano de las cerchas, trabándolas e impidiendo su rotación y deformación, principalmente contra la acción del viento (Figura 4.25)
Figura 4.25 – Vista lateral de la estructura de la cubierta mostrando el arriostramiento del sistema de cerchas.
Dependiendo del tipo de teja utilizada en la cubierta, (por ejemplo “shingles”), es necesario aplicar placas estructurales, tales como las de OSB (Fotos 4.10 y 4.11), que pueden servir de base para la fijación de las tejas, funcionar como un diafragma rígido trabando las cerchas y generando el arriostramiento lateral del cordón superior.
Foto 4.10 – Placas de OSB para la fijación de tejas “shingles”
Foto 4.11 – Tejas “shingles” instaladas sobre placas de OSB.
Dependiendo del tipo de teja utilizada en la cubierta, (por ejemplo “shingles”), es necesario aplicar placas estructurales, tales como las de OSB (Fotos 4.10 y 4.11), que pueden servir de base para la fijación de las tejas, funcionar como un diafragma rígido trabando las cerchas y generando el arriostramiento lateral del cordón superior.
Foto 4.12 -Planchas de acero usadas en la cubierta de la edificación.
Figura 4.26 – Tejado estructurado con cubierta de planchas de acero.
Para el uso de tejas cerámicas, debido a la necesidad del plano de apoyo, el arriostramiento lateral del cordón superior debe ser fijado en el ala inferior del perfil, si se emplean las placas de OSB estas pueden funcionar como diafragma de rigidización.