Cálculo estructural

Comportamiento estructural de la cercha española

Comportamiento estructural de la cercha española

A la hora de resolver la estructura de una cubierta a dos aguas contamos con muchas opciones. En función de la separación entre muros, la posibilidad de incluir apoyos intermedios o la necesidad de respetar un espacio bajocubierta habitable, entre otras variables, nos decidiremos por un sistema u otro. En esta entrada vamos a analizar el comportamiento estructural de la cercha española. Como veremos, se trata de una opción muy eficiente que permite salvar luces relativamente grandes con un volumen de madera muy reducido.

Su geometría consigue que la mayor parte de los elementos trabajen bajo esfuerzos principalmente axiles de tracción y de compresión, frente a los cuales sabemos que la madera posee unas propiedades mecánicas excepcionales. Únicamente los pares trabajan a flexocompresión, pero, como vimos en esta entrada, el apoyo intermedio generado por las tornapuntas mejora enormemente su comportamiento.

Componentes de una cercha española de madera

Ejemplo de cálculo

Para comprender el comportamiento estructural de una cercha española, vamos a ver un ejemplo de cálculo completo. Se han considerado los siguientes datos de partida:

  • Longitud total de la cubierta = 12,5 m
  • Luz libre entre muros laterales = 7,5 m
  • Separación entre cerchas = 2,5 m
  • Pendiente de la cubierta = 25,64º
  • Altura de los muros laterales = 3,2 m
  • Ubicación = Madrid, a 600 msnm, en zona llana con algunos obstáculos aislados (grado de aspereza III)
  • Cerramiento mediante correas de madera, panel sandwich y teja sobre rastrel, con un peso total de 85 kg/m²
Geometría de la cercha española de madera

 

Acciones

Los valores de las sobrecargas de uso y las acciones de viento y nieve se han calculado a partir de las condiciones de contorno según el Documento Básico de Seguridad Estructural - Acciones en la Edificación del Código Técnico de la Edificación. Los valores de las acciones aplicadas a una de las cerchas de la zona central de la estructura se recogen en las siguientes imágenes:

Carga permanente
Carga de uso uniforme
Carga de uso puntual
Carga de nieve 1
Carga de nieve 2
Carga de nieve 3
Carga de viento transversal de presión
Carga de viento transversal de succión
Cargas cálculo cercha española de madera

En cuanto a la combinación de acciones para obtener su valor de cálculo, se deben tener en cuenta las siguientes observaciones:

  • Las sobrecargas de uso uniforme y puntual actúan de forma independiente y no simultánea.
  • Las sobrecargas de uso en cubiertas inclinadas no se consideran concomitantes con el resto de acciones variables.
  • En aquellos casos en los que el viento genera fuerzas de succión, las cargas permanentes tienen un efecto favorable puesto que se oponen al levantamiento de la cubierta. En estos casos se toma un coeficiente parcial de seguridad para la carga permanente de 0,80.

 

Resultados

Recogiendo toda la información anterior, se ha generado el modelo de cálculo de la cercha española para analizar su comportamiento estructural. Se ha empleado madera laminada encolada GL24 h de las siguientes secciones:

ELEMENTO ESCUADRÍA MÁXIMO ÍNDICE ELU MÁXIMO ÍNDICE ELS MÁXIMO ÍNDICE INCENDIO (30 min)
Pares 140 x 160 0,52 0,78 0,78
Tirante 140 x 140 0,13 0,14 0,14
Tornapuntas  140 x 140 0,05 - 0,06
Pendolón  140 x 140 0,05 - 0,04

 

A la vista de los resultados cabe destacar los siguientes aspectos:

  • Se generan esfuerzos de compresión de gran magnitud en los pares. Por este motivo, se trata de elementos susceptibles de sufrir un fallo de inestabilidad por pandeo. De hecho, si la estructura debe cumplir algún requerimiento en cuanto a resistencia en situación de incendio, la mayor esbeltez de la sección reducida tras 30 minutos puede hacer que este fallo por pandeo sea el factor limitante que condiciona la escuadría de los pares.

 

  • Puesto que los mayores esfuerzos son de tracción y compresión paralela a la fibra y, como hemos dicho, la madera es muy resistente frente a estas solicitaciones, en muchos casos podríamos recurrir a secciones muy reducidas. Sin embargo, es habitual que, tras calcular las uniones entre los distintos elementos, nos veamos obligados a aumentar la sección para poder cumplir con las distancias mínimas entre los conectores y los bordes de la madera.

 

  • El tirante debe recibir únicamente las cargas transmitidas por el apoyo de los pares en sus extremos, por lo que no debe soportar más flexión que la de su peso propio. Es habitual que encontremos cerchas donde el pendolón y la tornapunta descargan sobre el tirante (como las que ves en la imagen de cabecera de esta entrada). En este caso, que muchas veces se ejecuta por un error conceptual en el diseño, la forma de trabajo de estas cerchas es distinta y la escuadría del tirante debe aumentar para soportar esta carga puntual adicional.

 

  • La función del herraje de cuelgue es, precisamente, reducir la luz libre del tirante. Si se eliminase este elemento generalmente metálico, la flexión debida al peso propio podría hacer que la flecha del tirante no cumpliese los límites de deformación. Como se trataría de un fallo en estados límite de servicio y éstos no se tienen en cuenta en situación de incendio, en este caso no hay ningún problema con emplear un elemento metálico sin protección frente al fuego.

Esfuerzos axiles bajo cargas verticales (G+Qs1)

Axiles bajo cargas permanentes

Momentos flectores (G+Qs1+Qwp)

Momentos flectores

Deformación del tirante anulando el herraje de cuelgue

Deformación del tirante sin herraje de cuelgue

En definitiva, el comportamiento estructural de la cercha española es un gran ejemplo de uso inteligente de la madera como material construcción. Por este motivo ha sido tan empleada en el pasado y es fácil encontrarla en las cubiertas de construcciones antiguas. No obstante, a pesar de su aparente sencillez, es necesario un cálculo detallado y un cuidadoso diseño de las uniones para asegurar el correcto funcionamiento de la estructura.

2 comentarios en “Comportamiento estructural de la cercha española

    1. Hola, Clara.

      Creo que no entiendo bien tu comentario. Sí hemos tenido en cuenta la acción del viento tanto en dirección transversal (efectos de presión y de succión) como en dirección longitudinal (efecto de succión).

      ¡Un saludo!

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *