CASAS DE MADERA - CALCULO VIGAS Y PILARES
Hoja de Cálculo Excel
En esta ocasión os voy a mostrar una muy buena herramienta para que se calcule la estructura de casas o reformas de madera. Se trata de una hoja excel, pero muy bien elaborada y ordenada. La base de cálculo es la actual Normativa en España, es decir, el Código Técnico de la Edificación.
La hoja Excel es de libre distribución, siempre que se cite la fuente donde se ha obtenido. Los datos son fáciles de introducir, se calculan vigas y pilares, con varias posibilidades en cuanto a apoyos diferentes, y en general está muy bien presentada. Con esta aplicación ya no hay excusas para no calcular vigas y pilares en vuestras casas de madera.
Solo una advertencia. Cuidado al aplicarlo a estructuras reales… sed prudentes… los colapsos estructurales normalmente no sobrevienen por un error en el cálculo, sino por un error conceptual (en la evaluación de las cargas por ejemplo); si tenéis alguna duda, me escribís un mail.
A continuación pasamos a explicar paso a paso la forma de uso:
En general, en toda la aplicación, las casillas en las que el usuario debe introducir datos o elegir entre una lista desplegable tienen fondo blanco con recuadrado grueso. El resto de la tabla se encuentra protegida. Las fórmulas o variables calculadas por el programa se presentan con fondo naranja.
Pestaña Prontuario de Elementos estructurales:
Se muestran un total de 6 tipos diferentes de vigas de madera, de uno o varios vanos, apoyadas, empotradas, vuelos… el usuario solo debe introducir las cargas, la luz de la viga y elegir en la casilla desplegable el tipo que corresponda.
La carga se divide en peso propio, (viga, forjado, pavimento, tabiquería…) y sobrecarga de uso (según lo indicado en el CTE DB SE-A)
Para cada uno de los tipos de viga, existe un gráfico con el diagrama de momentos flectores (magenta), cortante (azul) y flecha (rojo), así como sus valores máximos (se indica en el esquema de la viga las secciones críticas para cada solicitación)
Para los pilares de madera, igualmente, debemos introducir la altura, las cargas axiles y el momento (si existiera), en la sección a comprobar (recordemos que para encontrar la más desfavorable puede ser necesario comprobar diferentes secciones, según las combinaciones de carga)
Existen 4 tipos de pilares de madera según sus tipos de apoyos, que debemos seleccionar en la lista desplegable. Las solicitaciones de las vigas y pilares que hemos elegido se pasan automáticamente a las siguientes pestañas para continuar con el dimensionado de la sección:
Pestaña Comprobación Vigas de madera:
- La clase resistente de la madera: en el menu desplegable vemos que existen varias categorías, identificadas por una letra y un número (que representa la resistencia característica a flexión), las que comienzan por “C” corresponden a coníferas (pino, abeto) que son las más comunmente empleadas en estructuras; las iniciadas por “D” son frondosas (roble) muy raramente utilizadas en la actualidad y que solo encontraremos en rehabilitación o reutilización; las precedidas por GL indican secciones de madera laminada homogénea (la más utilizada)
A no ser que tengamos una información muy clara de la madera que se va a utilizar se recomienda emplear exclusivamente las clases C18, C24, D30 y GL24.
- La estabilidad estructural requerida ante el incendio: definida por los minutos que debe resistir la sección ante una situación de fuego; en el caso más habitual, para viviendas, la normativa marca “R-30″. En el caso de que la madera se encuentre protegida, por ejemplo con un techo falso, elegiremos la opción “Sin comprobación”
- Las caras expuestas a la acción del fuego: que pueden ser “Cara inferior”, si se prevé un cielo raso entre vigas, “Inferior y laterales” en caso de que las viguetas queden vistas, o “Todas”
- La clase de servicio: puesto que la durabilidad y deformabilidad de las estructuras de madera dependen en gran parte de su exposición a la humedad, se definen aquí tres tipos de ambiente; Cs1 para interior seco, Cs2 para interior húmedo o exterior cubierto (cuarto de baño, piscina cubierta, porche…) y Cs3 para exterior expuesto.
En las propiedades de la sección introduciremos el ancho (B) y canto (H) de la escuadría a comprobar. A partir de ahí el programa devuelve los momentos de inercia y resistente de la sección eficaz.
En la siguiente sección Cargas y coeficientes se proporcionan las cargas mayoradas y los coeficientes que la norma utiliza en las fórmulas de comprobación de la sección (veréis que estos parámetros cambian según el tipo de sección, naturaleza de la carga y si hay incendio o no)
También en esta parte podemos introducir cargas axiles (Npp y Nsu) si estas existieran (por ejemplo en caso de cabios de cubierta).
Debemos señalar que este documento no sirve para calcular pilares o elementos cometidos a compresión compuesta (no tiene en cuenta el fenómeno de pandeo), es decir, los esfuerzos axiles deben ser relativamente pequeños frente a la flexión.
Al final de la página se comprueban los estado límites de flexión y cortante y se comunica si la sección de madera es correcta. Cuanto más se acerquen los porcentajes al 100%, mayor aprovechamiento estaremos haciendo de nuestra sección.
Con valores de resistencia al fuego menores que R-60, puede ocurrir que la situación más crítica corresponda a la carga normal y no a la situación extraordinaria de incendio; por tanto se recomienda plantear ambas hipótesis.
Más abajo vamos a encontrar la comprobación de deformaciones, con la formulación de la flecha instantánea y la diferida.
Hay que indicar que esta verificación es totalmente independiente de la situación de incendio, y puede suceder que una sección de madera que cumple ante la situación de fuego no apruebe los criterios de deformación o al revés.
En esta parte el único parámetro que debemos introducir es el límite de flecha en el primer criterio de cumplimiento, según el tipo de elemento y construcción empleados.
El programa comprueba la triple condición de cumplimiento que exige el código técnico y comunica si la sección es correcta. A la izquierda, en rojo se presentan las fechas calculadas y a la derecha, en azul, los valores máximos que permite la normativa.
Pestaña Comprobación Pilares:
El formato es muy similar al anterior; solo cambia el modo de designar las caras expuestas y más abajo con la comprobación de pandeo.
Solo se comprueba el estado último de compresión. Se entiende que los esfuerzos de cortante serán relativamente pequeños; si no fuera así, se puede hacer una pequeña trampa y evaluar el esfuerzo de corte en la pestaña de vigas (aunque no es totalmente exacto, la teoría permite considerar independientemente los esfuerzos normales y tangenciales)
El documento está formateado para que se imprima en varias páginas, y se puede identificar la obra y la pieza que se comprueba, así como los autores del proyecto; de este modo se puede utilizar como documento justificativo de un determinado elemento estructural.
No obstante se advierte que la aplicación no es profesional y no se ha comprobado que esté libre 100% de errores; se recomienda que su uso para cálculo de elementos estructurales reales se complemente con una comprobación manual, para lo cual se pueden utilizar las ecuaciones que la propia tabla de cálculo proporciona. En cualquier caso la responsabilidad sobre el comportamiento real de las estructuras será exclusiva de los usuarios.
Pestaña Parámetros de cálculo:
Aquí se aportan una serie de valores y coeficientes empleados en el cálculo y que provienen del Código Técnico, DB SE-M y DB SI
Pestaña Licencia de Uso:
Se informa que este trabajo se distribuye mediante una licencia Creative Commons que permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, previo reconocimiento del autor; sin hacer eso sí, un uso comercial del mismo.
Bibliografía y Enlaces relacionados:
Arquitectura y Madera: es una guía completísima de diseño de elementos estructurales, adaptada al CTE; ha sido editada por el Gobierno Vasco y la mayoría de fórmulas y procedimientos presentes en este documento proceden de ella.
Las casas con estructuras de madera ya tienen Normativa que las sustente, en Argentina.
