Documentacion Estructuras Madera

7/29/2019 Documentacion Estructuras Madera

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ESTRUCTURAS:

ESTRUCTURAS DE MADERA(Jornadas de Introducción)

Francisco ARRIAGA MartiteguiJoan Ramon BLASCO Casanovas

Versión 1-07

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ÍNDICE.-

1.- EL MATERIAL

1.1 Propiedades Físicas:

1.1.1 Estructura del Material1.1.2 Material Anisótropo1.1.3 Material Ortótropo1.1.4 Material Higroscópico1.1.5 Densidad1.1.6 Otras Características

1.2 Propiedades Mecánicas:

1.2.1 Tracción Paralela1.2.2 Compresión Paralela1.2.3 Flexión1.2.4 Tracción Perpendicular 1.2.5 Compresión Perpendicular 1.2.6 Cortante1.2.7 Módulo de Elasticidad1.2.8 Comparativo entre Materiales1.2.9 Método de Ensayos

1.3 Formas del Material:

1.3.1 Madera Aserrada1.3.2 Madera Laminada Encolada1.3.3 Productos Derivados de la Madera

2.- CLASE RESISTENTE

2.1 Factor Calidad de la Madera

2.1.2 Singularidades o Defectos

2.2 Propiedades del Material

2.2.1 Clases Resistentes Madera Aserrada2.2.2 Clases Resistentes Madera Laminada Encolada2.2.3 Valores del Material

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3.- BASES DE CÁLCULO

3.1 Método de los Estados Límite3.2 Factor Ambiental y Clases de Servicio3.3 Factor Duración de la Carga

3.4 Otros Factores Modificadores: Carga Compartida y Altura3.5 Combinatorias de Acciones3.6 Comprobación de Deformaciones: Instantánea y Diferida3.7 Comprobaciones sobre la Estabilidad: Pandeo y Vuelco

4.- COMPROBACIONES EN SITUACIÓN DE INCENDIO

4.1 La Situación de Incendio4.1.1 La Combustión4.1.2 Comportamiento del Material

4.2 Bases Generales de Cálculo4.3 Sistema de Cálculo de la Sección Eficaz 4.4 Comprobación de las Uniones4.5 Ignifugación.

4.5.1 Métodos ignifugación

4.6 Ejemplo de Cálculo

5.- TIPOLOGIAS DE CUBIERTAS

5.1 Introducción5.2 Vigas de Alma Llena5.3 Vigas Atirantadas5.4 Celosías Trianguladas5.5 Barras Apuntaladas tri-articuladas5.6 Pórtico bi o tri-articuladas5.7 Arco bi o tri-articulado5.8 Mallas Espaciales

5.9 Laminas Plegadas5.10 Laminas Cilíndricas5.11 Sistemas de Estabilidad General 5.12 Ejemplo de Cálculo

6.- PATOLOGÍAS, DIAGNOSIS Y CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL

6.1 Durabilidad y Clases de Riesgo6.2 Agentes Destructores: Bióticos y Abióticos6.3 Detección e Inspección de Lesiones

6.4 Actuaciones Correctoras6.5 Evaluación de la Capacidad de Carga

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6.6 Reparación y Consolidación Estructural 6.7 Forjados Mixtos Madera - Hormigón6.8 Protección química preventiva

7.- PIEZAS DE UNIÓN Y ENLACE

7.1 Diseño de Uniones y Enlaces7.2 Medios de Unión7.3 Aproximación al Dimensionado

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1.- EL MATERIAL

1.1 Propiedades Físicas :

1.1.1 Estructura del Material

La madera es un material natural no homogéneo, al estar constituida por lascélulas especializadas en conducción, almacenamiento, y sostén, propias delárbol. Por lo tanto, tendrá un comportamiento desigual según la dirección queestemos analizando: paralela o perpendicular a las fibras. Si hacemos unaaproximación sucesiva, podemos observar:

Estructura macroscópica :

A este nivel, podemos diferenciar:

Según la dirección de los tres cortes efectuados, las secciones:transversal, radial y tangencial , propias del estudio de la madera,

según los tres ejes.

En un corte transversal del tronco distinguimos:La “corteza externa” de células muertas.La “corteza interna” o liber, con circulación de savia descendente.El “cambium”, a partir de donde crece la corteza y el xilema.El “leño”, con la albura más exterior con savia ascendente, y el duramen

más interior, hasta la médula central.

En los cortes tangencial y fundamentalmente el radial podemos apreciar losradios leñosos, que son discontinuidades del tejido, perpendiculares al eje delárbol, que producen un efecto de trabazón sobre las fibras longitudinales.

Estructura microscópica :

Coníferas: Con abundancia de células traqueidas, que tienen una formaalargada de 2 a 5 mm., y de 10 a 50 micras de diámetro (lo que significa unaesbeltez de # 100). Crecen en capas anulares, alrededor del eje longitudinal delárbol, en madera de primavera y madera de verano, formando los anillos decrecimiento. En la mayoría de las coníferas de nuestras latitudes, la madera deprimavera suele mostrarse en anillos de mayor espesor, pero por contra a partir de células de menor grueso de pared, lo que motiva su menor densidad(obteniéndose con respecto a la madera de los anillos de verano diferencias de1 a 3).

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Radialmente se estructuran las células parénquimas (radios leñosos) conmisión de transporte y almacenamiento. Aunque tienen menor presencia en lasconíferas, que en las frondosas, pueden dar origen a unas manchas oscuras oespejuelos. Son parcialmente responsables de la contracción de la madera.

Frondosas: Las células son de mayor espesor y menor luz interior, con unalongitud de 1 mm. Las diferencias entre la madera de verano y de primaverason menos acusadas. Esta madera tiene vasos interiores o conductos de ciertaentidad. Los radios leñosos son de mayor tamaño en comparación con los delas coníferas.

Estructura submicroscópica :

Las paredes celulares están constituidas por celulosa, o moléculas de glucosa

encadenadas, embebida en una matriz de grandes células amorfas de lignina,formando un conjunto de sección hueca y ligero de peso, que permite eltransporte de substancias. Estas estructuras tubulares son altamente eficaces,y pueden trabajar bien a compresión, zunchándose entre sí con las capasvecinas, reduciendo su posible pandeo individual.El 75% de la masa total es celulosa, con una resistencia nominal a tracción de1.000 N/mm2, y que funciona como una armadura helicoidal del aglomerantelignina, que tiene una resistencia a compresión de 240 N/mm2.

1.1.2 Material Anisótropo

Del anterior análisis de la “estructura” de la madera se desprende, que laspropiedades mecánicas del material dependerán de la orientación de sus fibrasen relación a la dirección del esfuerzo considerado.Por su estructura tubular longitudinal, es clara la diferente respuesta, frente alos esfuerzos paralelos o perpendiculares a las fibras.También la diferencia de espesor de la pared celular entre la madera deprimavera o la de verano (delgada - gruesa) y la existencia de los radios

leñosos, justifica las diferencias entre los comportamientos de los cortestangenciales y radiales de la madera.Es por tanto un material claramente Anisótropo.

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1.1.3 Material Ortótropo

Por su condición de anisótropo, el material se estudia considerando las tresdirecciones principales, las cuales presentan 3 planos de simetría elásticaperpendiculares entre sí.

Estas tres direcciones se deducen de la descrita constitución anatómica de lamadera: haz de tubos longitudinales y conjunto de fibras radiales (radiosleñosos) que atan transversalmente las fibras longitudinales. Y responde a lostres cortes diferenciados:

- “Transversal” (perpendicular a la dirección longitudinal o axial)- “Radial” (perpendicular al anterior y pasando por el eje)- “Tangencial” (perpendicular a los 2 anteriores)

Son necesarias 12 constantes elásticas: 3 módulos elásticos longitudinales “E”,

3 módulos elásticos transversales “G” y 6 coeficientes de Poisson “Q“, quepueden reducirse a 9 constantes a partir de sus relaciones.

Si el material fuera isótropo, se definirían simplemente 3 constantes elásticas,que podrían reducirse a sólo a 2 por sus relaciones entre sí.

1.1.4 Material Higroscópico

Previamente distinguiremos entre el agua de constitución, impregnación y libre,según el agua forme parte del material, se ubique en las paredes de las célulaso dentro de ellas, saturándolas.

La madera mantendrá un equilibrio dinámico con el medio ambiente que lerodea (%H relativa y ºC), intercambiando vapor de agua con la atmósfera,variando el agua de impregnación de la propia madera hasta llegar a unequilibrio higrotérmico.

Veamos algunos % de la humedad de la madera:Madera recién cortada: 50 -110% H

Madera secado natural: 16 - 20% HMadera secado artificial en cámara : 10 - 15% HMadera anhidra: 0% H

Si se elimina el agua de constitución totalmente, se produciría la destruccióndel material. El agua de impregnación influye en la resistencia mecánica, yaque a menor %H mayor resistencia, aunque con una tenacidad menor. Siaumentamos la cantidad de agua, quedando libre hasta saturar la pieza, ya noinfluirá en sus capacidades mecánicas, a partir de este punto.

Los cambios en la humedad, si hacen, sin embargo, variar las dimensiones de

la madera en movimientos de “hinchazón y merma”, que tienen lugar sólocuando el contenido de humedad se encuentra por debajo del punto de

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saturación de las fibras (es decir, antes de la presencia de agua libre en elinterior de las células). Se produce hinchazón al aumentar el % H y merma aldisminuir la cantidad de agua entre las células.

- La variación dimensional es máxima en la dirección tangencial .

- Es de un 50-60% de la tangencial en la dirección radial .- Y de un 2-4% de la tangencial en la dirección longitudinal .

El Coeficiente de contracción lineal , expresa el porcentaje de loscambios de las dimensiones en la dirección indicada para una variación de 1grado del contenido de humedad higroscópica en la madera.Se aprecia que longitudinalmente los movimientos son casi inexistentes. Encambio la diferencia entre las variaciones dimensionales tangencial y radial es la causa de deformaciones y movimientos diferenciales de la maderadurante el secado.

La Contracción volumétrica total , llamada Cv, nos da la variación de volumende la pieza.

1.1.5 Densidad

La densidad real de las paredes celulares es constante para todas lasespecies, siendo de 1500 Kg/m3. Por ello, la diferencia de densidadesaparentes de las diversas especies, es debida a una mayor o menor proporciónde huecos interiores.La humedad también influye en la densidad. El incremento de agua libre en elinterior de las células aumenta lógicamente el peso. Por ello las densidades setoman como referencia siempre al 12% de humedad de la madera. Losensayos son a 20ºC y al 65% H relativa del ambiente.

Como ejemplos:300 kgs/m3 madera de balsa1200 kgs/m3 guayacán500 kgs/m3 coníferas650 kgs/m3 frondosas

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Es interesante ver la comparación entre el acero y la madera clasificada, deresistencia y rigidez en relación a su densidad . Son óptimos los cocientes entresu capacidad tensional y módulo de elasticidad, respecto a su peso. Por lo quees apreciable su eficacia estructural en relación a su baja densidad. Así, seconsidera un material adecuado para aplicaciones estructurales de grandes

luces y cargas ligeras:

Acero Madera

RESISTENCIA / DENSIDAD.................. 1 ........ 1 - 1.1RIGIDEZ / DENSIDAD .......................... 1 ......... 1.3 - 1.5

1.1.6 Otras Características

El coeficiente de dilatación térmica del material, que influirá en la disposición delas juntas constructivas y de dilatación, es también diferente según se analicelongitudinal o transversalmente (radial y tangencial), así una media entreespecies sería:

D long. = 3.6 x 10-6 1/ºC D rad./tang. = 64 x 10-6 1/ºC

Vemos que longitudinalmente tiene un valor muy bajo, lo que no provocará laaparición de juntas en tramos cortos o medios. También hay que considerar que, por ejemplo, un aumento de temperatura ocasiona una desecación delmaterial y su consiguiente merma, que compensa con creces la dilatacióntérmica.

Transversalmente, al aplicarse el coeficiente sobre las dimensiones másacotadas de las secciones, tampoco tendrá mayores incidencias, desde estepunto de vista exclusivamente térmico, aunque sí desde consideracioneshigrotérmicas, por cambios de humedad.

El coeficiente de conductividad térmica , que depende del calor específico del

material, es bajo al ser mala conductora del calor, por lo que se ha usadohistóricamente como aislante térmico. Varía según la dirección de las fibras, laespecie y el grado de humedad. Aumentando con la densidad y la humedad.

Ȝ long.= 5,62 Kcal / h m °C Ȝ transv.= 0,36 Kcal / h m °C

En relación al sonido y la madera: la velocidad de propagación longitudinal delas ondas es proporcional al módulo de elasticidad dinámico y relacionado conel estático, lo que da información de valores de rotura en ensayos nodestructivos.El comportamiento aislante de la madera en la transmisión del sonido aéreo es

bajo, al tener poca masa. Es mejor si se utiliza en capas sueltas, sin relaciónentre sí.

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La característica absorbente de la madera en general también es pobre si secoloca adherida a una base rígida. Esta propiedad se invierte en caso detratarse de placas porosas de fibras. Un mejor comportamiento resonantetienen los tableros contrachapados si se colocan separados de la base soporte.En cuanto a su capacidad de aislamiento a impacto es muy crítica, por lo que

han de buscarse mecanismos adicionales de flotabilidad y masa.

Sosteniblemente es un material que precisa de poca energía para sufabricación, y en todo caso es una energía lenta y difusa, de baja intensidad.Esta propiedad se acentúa si consideramos su densidad, en relación a otrosmateriales estructurales.

Para que sea real su sostenibilidad, la madera debe proceder de bosques deexplotación con certificación forestal y ecoetiqueta, como los sellos PEFC oFSC.

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1.2 Propiedades Mecánicas

Recordemos que la madera es un material Anisótropo. El árbol produce unaestructura tubular hueca que tiene una elevada eficacia para resistir los

esfuerzos a los que va estar sometido durante su vida:

- esfuerzos de flexión debidos al viento- esfuerzos de compresión por su propio peso

Ambos esfuerzos, generan tensiones paralelas a las fibras.

Recordemos también su Ortotropía, por lo que han de diferenciarse, comomínimo 2 de sus tres direcciones principales: la PARALELA ( // ) y laPERPENDICULAR ( ŏ ) a la FIBRA.

1.2.1 Tracción paralela

En madera clasificada los valores característicos oscilan entre 8 y 18 N/mm2,pero en la madera libre de defectos, se alcanzan valores superiores a losconseguidos en flexión.El diagrama tensión-deformación para la tracción es prácticamente lineal hastala rotura.

1.2.2 Compresión paralela

En la madera clasificada, los valores característicos son 16 - 23 N/mm2. Hayque tener en cuenta que al calcular piezas comprimidas incidirá el Pandeointerviniendo el Módulo Ek, lo que reducirá la capacidad real de las piezascomprimidas.

En el ensayo se aprecia un comportamiento lineal en la 1ª fase, y no lineal enla 2ª fase. En comparación con la tracción, se aprecia menor “E” a compresióny también menor resistencia a compresión, para la madera sin defectos.

Sin embargo, si habláramos de madera clasificada con defectos, esta relaciónse invierte, debido a la mayor influencia de los defectos (nudos) en la tracción.

1.2.3 Flexión

Los valores característicos de la resistencia a flexión en las coníferas varíanentre 14 y 30 N/mm2.

Aunque la flexión esté formada por la combinación de una tracción y unacompresión, de las que ya hemos hablado, el comportamiento a flexión

conjunto es distinto, ya que generalmente rompe a tracción y hay capacidad deplastificación a compresión.

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1.2.4 Tracción ŏ

El valor característico de la resistencia a tracción perpendicular en la maderaconífera es muy bajo, de 0,4 a 0,6 N/mm2.

Esto se debe a las escasas fibras perpendiculares al eje (radios leñosos) y laconsiguiente falta de trabazón transversal de las fibras longitudinales. Dehecho, el árbol tiene pocas solicitaciones en este sentido.

Es importante la consideración de la tracción transversal en las piezasestructurales curvas.

1.2.5 Compresión ŏ

Los valores característicos oscilan entre 2 y 3,2 N/mm2, muy inferiores a lacompresión // a la fibra (15%).

En el ensayo nos da un diagrama que es lineal sólo en un primer tramo y luegopasa a un “aplastamiento”, por plastificación, sin llegar a la rotura.

1.2.6 Cortante

En función de la orientación de la fibra en relación al esfuerzo, el cortantepuede generar diferentes tipos de tensiones tangenciales :

Cortante, Rasante y Rodadura.

Los valores característicos oscilan de 2,5 a 3 N/mm2 , aunque a rodadura esbastante menor. (30%)

En las piezas sometidas a flexión y cortante, se dan rasantes y cortantes y larotura se produce por rasante en las próximidades de la línea neutra, que es elplano más débil.

1.2.7 Módulo de Elasticidad

Aunque hemos visto que son distintos los valores del “E”paralelo a la fibra, enlas gráficas a compresión y a tracción, en la práctica se utiliza en flexión unValor Aparente (intermedio entre ambos) entre 7.000 y 12.000 N/mm2, deEmedio, según la calidad de la madera.

Si se trata de una solicitación perpendicular a la fibra, se tomaaproximadamente E / 30, en relación al longitudinal. ( de 230 a 450 N/mm2)El módulo de elasticidad transversal G, es aproximadamente igual a E/16.

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1.2.8 Comparativo entre Materiales

Veamos el siguiente cuadro comparativo de unas posibles tensiones finalesadmisibles, no características, en Kg/cm2, entre: MADERA / HORMIGÓN / ACERO. Se distingue para la madera entre la dirección paralela y

perpendicular a las fibras.

Flexión Tracción

// ŏ

Compresión

// ŏ

Cortante Modulo E

Madera 120 120 1.5 110 28 12 110000Hormigón 100 5 105 3 200000

Acero 1700 1700 1700 1000 2100000

Conclusiones.

- Alta resistencia a flexión (principalmente si se relaciona con su peso).- Buena resistencia a tracción y a compresión // a la fibra.- Escasa resistencia al corte.- Baja resistencia a compresión y muy baja a la tracción ŏ a la fibra.- Bajo Módulo E, que incide substancialmente sobre la deformación y pandeo.- Muy Bajo Módulo G, que incide en las deformaciones por cortante.

1.2.9 Métodos de Ensayos

En la metodología anterior los ensayos se hacían con probetas pequeñas y sindefectos.

En la actualidad, los ensayos están normalizados con probetas tamaño similar al Tablón, de longitud de 3 a 4 m. y alrededor de los 15 cm de canto, para lamadera aserrada, y mayores para la madera laminada, con defectos (madera

clasificada), a temperatura normalizada de 20o C ± 2 , humedad relativa del airenormalizada del 65% ± 5 y con una duración de 5 minutos ±2.

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1.3 Formas del Material :

Madera Maciza o AserradaMadera Laminada Encolada

Productos Derivados Madera

1.3.1 Madera Maciza

Entendemos por madera “maciza” la que ha sufrido, desde el árbol, lasmínimas manipulaciones necesarias para constituir una escuadría lista para ser aplicada. A diferencia de otros tipos de madera más industrializada ytransformada.

Por fuera de la consideración de aserrada pura, la que recibe la menor transformación posible, es la madera en “rollizo”, a la que simplemente se lehan extraído la corteza y desbastado o ranurado alguna cara, si se haestimado necesario.

Para éste tipo los diámetros habituales oscilan de 15 a 35 cm, y sus longitudesde 4 a 8 m, en correspondencia con las medidas normales de troncos.

Si el tronco se despieza, las diferentes “escuadrias aserradas” oscilan de 100a 300 mm de altura por 35 a 200 mm de grueso.

Con estas escuadrias y con las cargas habituales se salvan luces, de unaforma económica, que oscilan de los 3 a los 6 m, tratándose de vigas, o desdelos 6 a los 15 m, formando celosías ligeras de barras. Para luces mayoresresulta más adecuado acudir a la madera laminada encolada.

Si construimos pilares, con escuadrias de una sola pieza, de 15x15 o 20x20cm, pueden llegarse a alturas de 3 a 4 m. Para conseguir mayores secciones oalturas habrán de adicionarse escuadrias, con uniones solidarias, odesdoblarse en piezas paralelas unidas entre tramos.

Dado que para la madera aserrada, es una limitación el conseguir mayoressecciones, una alternativa es emplear pequeños entramados de cerchas ligerasde barras de sección reducida, 40x140 mm, situadas muy próximas, coninterejes cercanos a los 70 cm, sin correas secundarias, y con unionesindustrializadas entre barras con placas dentadas, salvando así luces de hastalos 16 m Para luces mayores, las barras pasaran a ser de seccionescompuestas y las uniones con conectores metálicos.

Otro tipo estructural característico y resuelto con madera aserrada, que todavía

encontramos en abundancia en algunos edificios de viviendas antiguos, son losforjados formados por vigas de madera, bovedillas y material de relleno.

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Son soluciones predominantemente isostáticas, sobre todo en caso deapoyarse en paredes de fábrica, y cualquier solución de refuerzo debemantenerse así, para evitar transmitir momentos a los muros portantes.

En función de las cargas reales, es admisible llegar a los 4 m. de luz, con las

escuadrias de 13x18 situadas cada 60 cm. En caso de mayores secciones,como 15x20, es admisible llegar alrededor de los 5 m.

En estos edificios antiguos se constata que, con mayores luces, lasdeformaciones excesivas pueden ocasionar problemas en divisiones interioresy pavimentos. Con el paso de los años la fluencia propia de la madera puedeprovocar el hiperapoyo de los techos en la tabiquería inferior, transversal a lasviguetas, descendiendo y acumulando, de este modo, las cargas planta aplanta.

1.3.2 Madera Laminada Encolada

Formación de elementos estructurales a partir de la adición solidaria de láminasde madera, en general encoladas entre sí. El objetivo es conseguir mayoressecciones y longitudes, además de aprovechar la facilidad de conformación ocurvabilidad individual de cada lámina, atributos no conseguidos en la maderaaserrada.

El grueso de las láminas puede oscilar de 22 a 45 mm, excepcionalmente 13mm., y el área de la sección de la lámina ha de acotarse entre 60 y 100 cm2. Ambos parámetros están limitados por la “Clase de Servicio” y la especie. Conpeores condiciones ambientales, menores gruesos y áreas. Sin embargo losmayores gruesos tienden a ser los más utilizados, por razones económicas.

Los anchos de la sección total oscilan de 9 a 22 cm, para evitar diferencialeshigrotérmicos entre las capas exteriores e interiores de la sección yatejamientos de las láminas. Es difícil encontrar tablas mayores en el mercado.En algún caso excepcional puede llegarse a los 30 cm de ancho, doblandoláminas a rompejuntas, y tomando precauciones, como su ranurado.

Las secciones estructurales suelen ser muy esbeltas, con relaciones entre

anchura y altura de 1:5 a 1:8, para la estructura principal y de 1:2 a 1:3,5 paralas piezas secundarias. Siendo los anchos más habituales de 11 a 22 cm o de9 a 16 cm, en cada caso.

La altura de la sección tiene limitaciones de fabricación, ya que la maquinariacepilladora de acabado admite poco más de los 230 cm de ancho. También detransporte, según los giros y pasos necesarios hasta llegar a la obra.

La adición de las láminas de madera se produce por su unión molecular, entrelos conductos fibrosos de la madera y la resina de las colas. La celulosa dafacilidades para combinarse con substancias macromoleculares como las

colas. Podemos decir que existe “afinidad” entre la madera y las colas.

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Para unir dos láminas se provoca su mojadura y penetración, interponiendouna pequeña capa de resina flexible, donde se combinan sus moléculas, entresí y con las propias de la madera, constituyendo uniones mecánicas soldadasde fuerza superior a las piezas de madera única. Se produce además unaestabilización de la madera al neutralizarse sus tensiones internas.

Las colas son substancias susceptibles de formar polímeros viscosos que, através de una reacción química, endurecen formando un sólido duro, altamentereticulado y resistente, carente de fluencia, insoluble al agua, aplicable en frío ycon buen comportamiento frente a la temperatura y el fuego. De la Caseína yUrea formol iniciales, se ha pasado en la actualidad a utilizar Resorcina fenolformol (RFF) o Melamina Urea formol (MUF).

Las RFF han de combinarse con el endurecedor y ha de cuidarse ladosificación, mientras que en las MUF el reactivo está contenido en la mismaresina.

El tipo MUF es de color translúcido, no tiene problemas ambientales con losresiduos, al carecer de fenoles y, en los últimos años, está substituyendo en lapráctica a las RFF.

El proceso de fabricación, se realiza en la industria y bajo los controlesnormativos.La madera en tabla, antes de cortarse en láminas, ha de secarse yestabilizarse en la nave de fabricación hasta conseguir una humedad deequilibrio del 8 al 15%.

El saneamiento de las tablas elimina los defectos como gemas, nudos muertos,fendas, desviaciones excesivas. Pueden practicarse ranuras para evitar suatejamiento.

En las tablas selecccionadas se practican los empalmes por entalladuramúltiple (“finger joint”) en las testas para su unión longitudinal y se cortan a lalongitud necesaria.

Posteriormente se regruesan y cepillan las dos caras mayores de las tablas y

se deja caer la cortina de cola, colocándose en las prensas, para su unión.Los postes de apriete se sitúan cada 40 cm y se inicia la operación desde elcentro hacia los extremos, así se evitan marcas y pliegues en la madera alfavorecer la adaptación longitudinal de cada lámina.

El proceso de encolado en taller, es sobre superficies recién cepilladas (<48h.)y planas, sin polvo ni pelusa, con poca variabilidad entre láminas del %Hhigroscópica (d4%). El adhesivo se aplica y se prensa uniformemente a unapresión entre 0,8 y 1,2 N/mm2, durante el tiempo de polimerización de lascolas. Después del prensado las piezas no pueden someterse a esfuerzos

entre las 24 y 72 horas siguientes, según el tipo de cola.

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Se ensayan las juntas de encolado en probetas extraídas de cada pieza ogrupo, por cada 10 m3 fabricados, comprobándose la calidad del encoladomediante ensayos normalizados.

Después de la polimerización se procede al cepillado general de la pieza entera

por sus caras laterales, al recorte de la forma final y al biselado de sus cantos.La pérdida en mermas de material inicial se estima en un 30%.

1.3.3 Productos Derivados de la Madera

Son productos transformados de la madera, de los que analizaremos algunasnuevas formas de presentación del material.

El objetivo de su manipulación, está en la pretensión de superar la escasez de

madera de calidad, aprovechando troncos más jóvenes y de menor diámetro,minimizando las singularidades o defectos y tratando de reducir lasdeformaciones diferenciales, acercándose a un comportamiento máshomogéneo de la madera.

Relacionamos a continuación algunos de los tipos con aplicacionesestructurales:

Tableros Contrachapados

Formados por un número impar de chapas delgadas, de gruesos menores a los7 mm, obtenidas del desenrollado o por el corte al hilo, orientadas en cruz, engeneral a 90º, con gruesos totales de hasta los 30 mm, y prensadas apresiones variables, con resinas fenólicas.Son maderas de origen americano (pino Oregón), finlandés (abedul yconíferas) y francés o nacional (coníferas). Tienen aplicaciones especiales:usos marinos, superficies de rodadura, y según las adiciones pueden llegar aser M-1, con respecto a su reacción al fuego. Su densidad oscila, según lapresión y sus transformaciones, de 500 a casi 1400 kg/m3, denominándose apartir de los 1000 kg/m3 de “alta densidad”.

Como sabemos las propiedades resistentes de la madera varían según larelación entre la orientación de las fibras y los esfuerzos. En loscontrachapados, los valores resistentes longitudinales y transversales vanigualándose cuantas más capas se dispongan:

Los valores característicos y “aparentes”, para contrachapados de 3-5 capas,consiguen casi doblar la tensión de la madera origen, al reducir los defectos:

Flexión paralela 20 - 36 N/mm2Flexión perpendicular 13 - 20 N/mm2Modulo E longit. 7.000 –10.000 N/mm2

Modulo E transv. 3.500 – 4.800 N/mm2

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Son datos que han de confirmar los propios industriales, y en general serefieren a valores “aparentes”, que ya descuentan el aporte de las chapascuyas fibras no siguen la dirección de lo esfuerzos, por lo que puedeconsiderarse la sección completa. Sino fuera así debería considerarse la“sección incompleta”. Por ejemplo en el cálculo a flexión, con cargas sobre el

plano de la viga, se trataría de considerar sólo las chapas en la direcciónparalela a la viga.

Tablero de virutas orientadas OSB (oriented strand board)

Están fabricados con virutas de mayor tamaño que las fibras, unos 80x10 mm.,de especies de crecimiento rápido como el pino o el chopo, mezcladas conadhesivos de urea-formol o fenol-formaldehído.Su principal rasgo distintivo es la orientación longitudinal de las virutas, en unaproporción mínima del 70%, principalmente en las capas más externas. Por ello

se consiguen unas mejores propiedades en esta dirección del tablero, encorrespondencia a las mayores prestaciones longitudinales de la madera base.Se consideran aptas para uso estructural las OSB 3, y altamente adecuadaslas OSB 4. Provienen de Francia, Canadá y EE.UU. Su densidad es superior alos 650 kg/m3.Los valores característicos son, para gruesos de 18 a 25 mm.

Flexión longitudinal 18 - 26 N/mm2Flexión transversal 9 - 14 N/mm2Modulo E longit. 3.500 – 4.800 N/mm2Modulo E transv. 4.000 – 1.900 N/mm2

Perfiles de Virutas de Madera (Timber Strand), LSL. (laminated strand lumber)“Intrallam”

Es similar al tablero de virutas OSB, pero en masa o en volumen, formandobarras o piezas de hasta 14 cm. de grueso.

Los valores admisibles orientativos y a confirmar por el fabricante son :

Flexión paralela 13,6 N/mm2Flexión perpendicular 11,6 N/mm2Tracción paralela 11,4 N/mm2Compresión paralela 12,9 N/mm2Compresión perpendicular 2,6-5,5 N/mm2Cortante 1,2-2,9 N/mm2Módulo E 10.300 N/mm2

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Madera Micro laminada LVL. (laminated veneer lumber)

Se trata de perfiles de sección rectangular, fabricados con chapas de maderaencoladas con las fibras orientadas en paralelo, de espesores de 2,5 a 4,8 mmpor chapa.

Se consiguen gruesos totales de 64 mm, anchos de hasta 122 cm y longitudesde fabricación de 24,4 m.

Se utilizan estructuralmente para conformar vigas. También es útil comocabeza de viguetas en doble T, (I-Joist), muy ligeras de 3 a 9 kg/m de peso,con altura total de 241 a 508 mm, grueso de alma en OSB de 9,5 a 12,7 mm.

Madera de Tiras laminadas PSL. (parallel strand lumber) “Parallam”

Formada por tiras orientadas longitudinalmente, de ancho 10 a 15 mm, deespesor 2 a 4 mm y de longitud de 1 a 2,5 m, provenientes de chapasdesenrolladas. Son encoladas y prensadas.Se consiguen secciones de hasta 28x49 cm y con longitudes de fabricación dehasta 24m.Los valores característicos para la PSL y también la LVL, son :

Flexión paralela 32-44 N/mm2Tracción paralela 26-35 N/mm2Compresión paralela 26-35 N/mm2Compresión perpendicular 3-9 N/mm2Cortante 4-5 N/mm2Modulo E 11.600 -14.000 N/mm2

NOTA: En el próximo apartado se dan datos de resistencia y rigidez para laMadera Aserrada “C”, “D” y la Laminada Encolada “GL”.

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23



24



25



26



2.- CLASE RESISTENTE

2.1 Factor Calidad de la madera

Adquiere importancia la “Clasificación de Calidad” según las singularidades odefectos y la especie del material. A la combinación de especie+calidad se le asigna una “Clase Resistente”, convalores físico-mecánicos característicos a los que aplicar coeficientes parcialesde seguridad.Los métodos de clasificación están, en general basados, en el aspecto externo(clasificación visual) o en métodos mecánicos automatizados, en función delmódulo de elasticidad longitudinal E.

2.1.1 Singularidades o Defectos

En la norma UNE 56.544 “Clasificación visual de la madera aserrada para usoestructural: Madera de Coníferas”, aplicable para escuadrias rectangulares, sinuniones dentadas, se evalúan las:

“Características”, como humedad, densidad y medidas.“Singularidades de la propia estructura del material”, como anillos, nudos,

fendas, acebolladuras, desvíos de fibras y bolsas de resina.“Singularidades de aserrado”, como gemas, médula.“Alteraciones”, como hongos, insectos xilófagos, plantas parásitas.“Deformaciones”, como curvaturas, alabeo, abarquillado o atejamiento.

Las alteraciones biológicas son novedad en la últimas normativas y lasdeformaciones suelen tener poca consideración desde el punto de vistaestructural.

Se definen los defectos o singularidades y la forma de medirlos y se concretanlas especificaciones para cada una de las calidades que distingue la norma:2 CALIDADES (ME-1 / ME-2 ) y una calidad (ME-G) para madera de gruesaescuadría (anchos superiores a 70 mm).

En la UNE 56.546 “Clasificación visual de la madera aserrada para usoestructural: Madera de Frondosas”, actualmente se contempla sólo unaespecie, el eucalipto, con una calidad MEF.

Las condiciones de las clasificaciones son:

- Se clasifican al 20% de humedad (cuando la madera está en elaserradero). Ya que hay algunos defectos, como las fendas, que varían segúnla humedad.

- Si la pieza clasificada se volviera a cortar transversalmente, su

clasificación estaría del lado de la seguridad. Pero si se cortara

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longitudinalmente, o se cepillara fuertemente, debería volverse a clasificar,pues varia la relación entre defectos y sección o cara.

- La clasificación exige el examen visual de las cuatro caras de cadapieza a marcar. Un experto especialista, en una línea de aserrado, emplea untiempo de 2 a 4 segundos por pieza.

Esta condición de “calidad” de la madera influye decisivamente en laspropiedades mecánicas de la misma. En este sentido una primera evaluaciónprevia puede ser la densidad, ya que si se encuentra un 30% inferior a la“típica” de la especie, puede indicar la existencia de alteraciones biológicas ode tratarse de maderas jóvenes.

Anillos.- Describen la forma del crecimiento en la sección transversal deltronco. En las coníferas, cuanto menor es el espesor de los anillos suele ser

mayor la densidad del material. En las frondosas ocurre lo contrario. Sabemosque la densidad está directamente relacionada con la resistencia.

El espesor de los anillos (radio/nºanillos) nos pueden facilitar otrasinformaciones, como la existencia de la denominada ”madera juvenil”, cuandoson excesivamente anchos en las cercanías de la médula.

Nudos.- Significan una perdida de homogeneidad de la sección, al representar una zona con la dirección de las fibras diferente a la del resto. Las fibrasperiféricas también se desvían y se produce una alteración en las propiedadesmecánicas. En algún caso puede llegar a asimilarse a una pérdida de secciónresistente.

Tienen mayor incidencia en las zonas traccionadas que en las comprimidas (5a 1), valorándose más la proporción de su área respecto al total de la sección,que su posición. Por contra, en el caso de piezas flexionadas, la importanciadel nudo es mayor en los bordes superior o inferior, que en el centro de lasección.

Fendas.- Son fisuras longitudinales que cortan, más o menos

perpendicularmente, los anillos de crecimiento. Su origen es de crecimiento,por secado, acebolladura, heladura.

Para el caso de tracción ŏ a la fibra, este defecto puede tener muchaincidencia. En el caso de tracción y compresión // a la fibra, su repercusión esmucho menor, aunque se produce un reparto más irregular del esfuerzo ypandeo en caso de compresión.

Para el caso de flexión, tendrá incidencia la posición del plano de la fenda enrelación a los planos de flexión de la sección de la pieza. En el plano de flexiónhorizontal y si las profundidades de las fendas son tales que puedan

materialmente subdividir la sección en dos partes, se producirá un aumento dela tensión y de la deformación, por mal comportamiento frente a los rasantes.

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No se produce incremento si las fendas están contenidas en el plano vertical yno es el de flexión.

Acebolladuras.- Se denomina así a las fisuras longitudinales que separananillos de crecimiento. Pueden están ligadas a defectos durante el crecimiento

del árbol. Producen efectos similares a los anteriores.

Desviación de fibras.- Pueden tener su origen en la existencia de nudos, o en laconicidad del tronco. Los esfuerzos afectan de diferente manera según ladirección de las fibras, ( // ŏ ). Por tanto, cualquier desviación de las fibrasrespecto a la teórica, repercutirá en la resistencia de la pieza. La normativalimita la desviación de la fibra, medida en un corte radial de la madera. Tienenmás incidencia mecánica las desviaciones en piezas traccionadas o flectadas,que en las comprimidas.

Gemas.- Son faltas de madera en las aristas, en piezas excesivamente

apuradas en el corte. Suele aparecer en los extremos a causa de la conicidaddel tronco.

Es una perdida de la sección resistente. No se acepta en las láminasdestinadas a la fabricación de madera laminada encolada, ya que disminuiría elplano de encolado i/o podría quedar oculta en el interior de la pieza.

Bolsas de Resina.- Son discontinuidades en la madera, originada por depósitosde resina, de efectos parecidos a los anteriores.

Movimientos de la madera.- Debido a los efectos de la contracción volumétricaal mermar la madera y a las diferencias en cada dirección se producentensiones internas, con curvaturas, alabeos y atejamiento.

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30



2.2 Propiedades del Material

2.2.1 Clases Resistentes en Madera Aserrada

Como vemos en los cuadros de las páginas siguientes, para las coníferas (Cconiferous) y chopo tenemos 12 clases de madera aserrada, y en frondosas(D deciduous) son 6 las clases de madera aserrada. La altura de referenciaconsiderada es de 15 cm, para así tener en cuenta el efecto del tamaño de lapieza.

La norma establece una útil correspondencia, para los diferentes países, entresus diferentes “especies clasificadas y denominaciones de calidades” connuestras “CLASES RESISTENTES” del cuadro.

2.2.2 Clases Resistentes en Madera Laminada Encolada

Como vemos en los cuadros correspondiente de las páginas siguientes, sedistinguen 8 clases resistentes: 4 de composición homogénea de láminas y 4de combinada.

También se considera el efecto del tamaño de la pieza, siendo la altura dereferencia 60 cm, pudiéndose aumentar la resistencia para H menores.

Existe un cuadro de correspondencias entre las clases resistentes de maderalaminada (GL) y de su madera aserrada (en general C) que forman las láminasde aquella. Donde se puede apreciar que se consiguen mejorar las resistenciasde una madera aserrada al laminarla y encolarla, pues se eliminan los defectos.Ello es cierto tanto para las clases resistentes menores, como para las clasesaltas, si consideramos el factor altura, que mayora la resistencia para una lamade la madera laminada.

2.2.3 Valores del Material

Las Tablas proporcionan valores característicos de resistencia y rigidez,

obtenidos a partir de ensayos normalizados en condiciones de 5’ / 20

o

C / 65% .Como valor se toma el 5º percentil, que es el que separa los datos de lamuestra, entre el 5% y el 95% restante, ello indica que sólo existe unaprobabilidad del 5% de encontrar resistencias o módulos E inferiores.Para las comprobaciones de INESTABILIDADES A PANDEO, se utilizará estevalor del módulo Ek, característico.Para la comprobación de DEFORMACIONES, se utilizará la media de lapoblación ensayada, o sea el módulo medio Em, que es mayor que elcaracterístico.Para las valoraciones de los pesos propios, los deslizamientos de las uniones ylos conectores de las vigas compuestas se tomará la densidad media m. Sin

embargo la densidad característica k es una referencia para predecir elavance de la carbonización en situación de incendio.

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1

Valor característicoEjemplo: Resultados de la tensión de rotura a flexión en pino silvestre de unadeterminada calidad: - Número de ensayos: 110

- Valor mínimo: 18,2- Valor máximo: 78,1 N/mm2

- Valor medio: 46,8 N/mm2

- Valor característico: 25,9 N/mm2

32



33



34



35



CTE DB SE Seguridad Estructural : Madera

1. Generalidades2. Bases de Cálculo3. Durabilidad4. Materiales5. Análisis6. Estados límites últimos7. Estados límites de servicio

8. Uniones9. Fatigas10. Sistemas estructurales de madera y

productos y derivados11. Ejecución12. Tolerancias13. Control

Anexo A Terminología Anexo B Notación y unidades Anexo C Asignación de clase resistente

Madera Aserrada Anexo D Asignación de clase resistente

Madera Laminada Anexo E Resistencia, rigideza y densidad

Anexo G Humedad de equilibrio de la madera Anexo H Fallo de uniones a cortante Anexo I Relación de normas UNE

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3.- BASES DE CALCULO

3.1 Método de los Estados Límite

Cuando una estructura supera los Estados Límites se sitúa fuera de servicio,ya sea por un defecto de resistencia, lo que afectaría a la seguridad de laestructura, como por un problema de deformación, lo cual afectaría a lafuncionalidad de la estructura.

Es a partir de la aparición del EUROCÓDIGO-5, que el anterior método decálculo habitual de las “Tensiones Admisibles” se substituye por el actual de los“Estados Límite”. Reconocido también en el Código Técnico de la Edificaciónsobre Estructuras de Madera SE-M.

El anterior método llegaba a los valores de las tensiones admisibles a partir delas tensiones básicas de cada especie, afectadas por varios coeficientesmodificadores.

El método actual introduce para el cálculo de las tensiones unos valoresnuméricos únicos de servicio o “característicos” y unos coeficientes parciales

de seguridad , que afectan dividiendo a la resistencia del material (JM) yponderando a las acciones, en general mayorándolas (JF). Estos valores seven también, posteriormente, afectados por un factor modificador conjunto,según el “ambiente” y la “duración de carga” (Kmod) y también por un factor detamaño como el de “altura” (Kh), o el de “carga compartida” (Ksys).

3.2 Factor Ambiental y Clases de Servicio

Las propiedades mecánicas varían en función del contenido de humedad. Así,si aumenta el % humedad, bajan la RESISTENCIA y el Módulo E.Concretamente, esto se produce si el contenido de agua está por debajo delpunto de saturación. Por encima de este valor, no influye.

Esta es la razón por la que los ensayos se realizan bajo condiciones de

ambiente normalizadas (20o

C ± 2o

, HR 65% ± 5%, que equivale al 12%correspondiente al EQUILIBRIO HIGROSCOPICO de la madera).

En maderas ideales libres de defectos, por cada 1% de variación del gradode humedad, las propiedades mecánicas varían desde el 5% (en compresión)al 2% (en tracción ŏ ).

Sin embargo, en maderas clasificadas, con singularidades, estacorrespondencia entre humedad y propiedades mecánicas es algo menosacentuada.

Por ejemplo: En una madera con defectos, su resistencia a tracción // a lasfibras baja por la influencia de dichos defectos, y el % de Humedad no incide.

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En compresión // , como los defectos influyen en menor cuantía, es algo mayor la incidencia del % de Humedad.

El Código Técnico tiene en cuenta estas condiciones ambientales con elsistema de las tres “Clases de Servicio”.

CLASE 1 Cuando el material madera estará en servicio con un contenido dehumedad, el correspondiente a unas condiciones de temperatura 20 r 2ºC yuna humedad relativa del aire que no supere el 65%, más que sólo unas pocassemanas al año, el resto por debajo de este índice.Estas condiciones vienen a corresponder a una edificación protegida, con unahumedad de equilibrio higroscópico de la madera <= 12% para coníferas.

CLASE 2 Si la humedad relativa del aire ambiente, donde la madera está enservicio, no supera el 85%, más que sólo unas pocas semanas al año.Estas condiciones pueden corresponder a una piscina cubierta o a cobertizos o

marquesinas abiertas, con una humedad de equilibrio higroscópico <= 20%.

CLASE 3 Cuando se superan los contenidos de humedad anteriores. Comoejemplo puede darse en una pasarela o puente, totalmente exterior y expuesto.

3.3 Factor Duración de la Carga

Es preciso saber que, ante cargas de duración permanente, se obtienenresistencias del orden del 60% de las deducidas de un ensayo de cortaduración (5 ± 2 minutos). Este comportamiento es característico de la madera,a diferencia de otros materiales. Es tanto más acentuado cuanto mayor sea lacalidad de la madera.

Para maderas de baja calidad, se produce concentración de tensionesalrededor de los defectos, en actuaciones rápidas de cargas de corta duración.Por contra en cargas lentas y de larga duración, se moviliza un comportamientoviscoso alrededor de los defectos, y las tensiones tienden a redistribuirse yreducirse. Este recurso es más propio de las maderas de baja calidad, y no lotienen tan acentuado las maderas de alta calidad.

La influencia de este factor hace que la madera sea un material de graneficacia ante cargas de origen dinámico y de duración instantánea (viento osismo). Es también un material altamente resistente a la acción cíclica decargas alternas, que ocasionan disminución de la resistencia o rotura (fatiga).

Una estructura de madera será más económica cuanto menor sea su pesopropio y el resto de las cargas permanentes, quedando libre, de esta forma,una gran capacidad resistente para las cargas de menor duración.

Estos dos conceptos modificadores: “ambiental” y “duración de la carga”,están dirigidos a asignar valores resistentes, unificadamente a través del valor

conjunto Kmod, y al cálculo de deformaciones por fluéncia con el valor deKdef , que veremos más adelante.

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Se consideran los mismos valores tabulados de Kmod para todas laspropiedades mecánicas, ya que se parte de datos iniciales de resistenciacorregidos, para que sea válida esta simplificación.

Si en las Hipótesis Combinatorias intervienen cargas de diferente duración,

puede utilizarse el Kmod correspondiente al de menor duración de las cargasque intervengan, o sea el mayor valor de Kmod.

Por ejemplo en cubiertas de gran luz, suele ser la peor combinatoria deacciones, la de cargas permanentes y nieve, usándose un valor de Kmod iguala 0.9 para los valores resistentes, si suponemos una clase de servicio 1 ó 2 yuna duración corta de la nieve.

3.4 Otros Factores Modificadores

Carga compartida (Ksys)

Si el sistema estructural está formado por varias piezas de igualescaracterísticas y unidas entre si por otra estructura secundaria, laRESISTENCIA puede MAYORARSE por 1,1, ya que así se valora una ciertaayuda de los elementos descargados hacia el sobrecargado. Este criterio sepuede utilizar para los casos siguientes, de elementos cercanos:

- viguetas de forjado y de cubierta 6m- cerchas próximas de cubierta 12m- montantes verticales de muros h 4m

Considerando la redistribución por los tableros continuos de cubierta, losentrevigados de forjado, o los tableros del cerramiento.

Temperatura

A temperaturas inferiores a 0oC, los valores característicos a flexión y

compresión, y impacto, son ligeramente mayores que a temperatura normal.

Si consideramos madera a temperaturas por encima de los 40oC, se deberíanreducir sus resistencias, aunque también se reduciría la humedad aumentandoalgo la resistencia.

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Tamaño de la pieza. Factor altura (Kh)

Existe relación entre el tamaño de la pieza y la resistencia de la madera, deforma que cuanto mayor sea su volumen, menor es la tensión de rotura,considerada en su valor característico.

En la normativa, este fenómeno se contempla con el coeficiente Kh, en funciónde la altura de la pieza en relación a la altura patrón de los ensayos.

- Para valores menores de la altura de referencia permite MAYORARresistencias. (referéncias de 150 mm para la madera aserrada y 600mmpara la laminada encolada).

- Para valores mayores de la altura, NO afecta a la resistencia. Kh = 1.Se aplica en la tracción paralela y en flexión, por lo que no se aplica en lascomprobaciones a cortante, ni en los demás esfuerzos por su insignificanteincidencia.

Madera Aserrada: Kh = (150/h)0,2 <= 1,30Madera Laminada: Kh = (600/h)0,1 <= 1,10

En flexión, para explicar este comportamiento, podemos remitirnos a la antiguateoría de Newlin/Trayer y el efecto ayuda de las fibras centrales, menostensionadas, sobre las fibras extremas más comprimidas. Las fibras másdescansadas, están más próximas de las sobrecargadas extremas, cuantomenor es la altura de la pieza y ejercen mayor porcentaje de ayuda.En tracción paralela es la teoría del eslabón débil de una cadena la que puederelacionarse con el mayor tamaño de las piezas.

3.5 Combinatoria de Acciones:

El factor de ponderación JF afecta a las acciones, según sean cargaspermanentes G (1,35), o sobrecargas variables Q, de uso, nieve, viento osismo (1,50).La normativa permite utilizar, después de la primera acción variable, el factor 1,05 (1,50 x 0,7) para las restantes variables que actúen simultáneamente.En caso de viento de succión las CP se ponderarán por 0,80, en lugar del 1,35.

Combinatorias posibles:

0) 1.35 CPI) 1.35 CP + 1.50 SUII) 1.35 CP + 1.50 NIII) 1.35 CP + 1.50 VIV) 1.35 CP + 1.50 SU + 1.05 NV) 1.35 CP + 1.50 SU + 1.05 VVI) 1.35 CP + 1.50 N + 1.05 VVII) 1.35 CP + 1.05 N + 1,50 VVIII) 1.35 CP + 1.05 SU + 1,50 NIX) 1.35 CP + 1.05 SU + 1,50 VX) 1,35 CP + 1,50 SU + 1,05 N + 1,05 V

XI) 1.35 CP + 1.05 SU + 1,50 N + 1,05 VXII) 1.35 CP + 1.05 SU + 1,05 N + 1,50 V

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En caso de sismo S, actuando simultáneamente con SU, N y V :1.00 CP + 1.00 S + 0,70 ( SU+N+V)

A modo de ejemplo: en clase de servicio 1 ó 2, se han marcado en negrita lasacciones de más corta duración, para cada hipótesis combinatoria,

considerando una ubicación geográfica con nieve de “corta” duración y lasobrecarga de uso de “media” duración (ya que se considera una parte comopermanente y otra como corta), lo que determinará los valores de Kmod autilizar para encontrar las diferentes tensiones “comparativas” máximas Xd delmaterial, que no hemos de superar con las tensiones debidas a los esfuerzosde las combinatorias de acciones.

Así : ( Xk / JM ) x Kmod = Xd .Siendo Xd el valor de cálculo de las propiedades del material : f, E,G.

Para las combinatorias 0, el Kmod = 0,6 (permanentes)

I , Kmod = 0,8 (viv.) ó 0,7 (almacén)II=IV = VIII Kmod = 0,9 (nieve corta) ó 0,8 (n. media)Restantes Kmod = 0,9 (viento)

Para el caso de sismo S, el K mod seria 1,1.

Considerando, según las condiciones ambientales, una “clase de servicio” 1-2.Bajo una clase de servicio 3, los valores de Kmod serian diferentes.

La seguridad sobre el material M varía según el material de que se trate, enfunción del grado de incertidumbre que exista:

Para madera maciza C, D M = 1,30Para madera laminada GL M = 1,25Para microlaminada LVL M = 1,20

El proceso general y completo puede enunciarse según la siguiente secuencia,a partir de la calidad del material origen:

CLASES FACTOR TENSIONESCALIDAD RESISTENTE HUM.+ DURAC SEG.MATERIAL SEG. ACCIONES COMBINATORIAS

ME C/D/GL/LVL Kmod. 1/ M > = F W (G + Q)

G acciones permanentes: C.P.Q acciones variables: S.U., N., V.

De modo que la capacidad minorada de la estructura sea mayor o igual a laactuación ponderada de las acciones.

Considerando que las resistencias comparativas pueden variar en diferenteproporción a las acciones características ponderadas, ya que en un cortoespacio de tiempo puede pronosticarse un mejor comportamiento del material.

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42



1

Flexotracción

1

1

,,

,,

,,

,,

,0,

,0,

,,

,,

,,

,,

,0,

,0,

d

d

d z m

d z m

d ym

d ym

m

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d t

d z m

d z m

m

d ym

d ym

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d t

f f k

f

f k

f f

V V V

V V V k m Factor con valor:0,7 sección rectangular 1,0 otras secciones

Flexión esviada

z

d z

d z m

y

d y

d ymW

M

W

M ,

,,

,

,, ; V V

1

1

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

d

d

d z m

d z m

d ym

d ym

m

d z m

d z m

m

d ym

d ym

f f k

f k

f

V V

V V

k m Factor con valor:0,7 sección rectangular 1,0 otras secciones

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3.6 Comprobación de Deformaciones

Analizaremos varios tipos de deformación, el conjunto de las cuales tieneincidencia en las estructuras de madera:

-Deformación inicial (instantánea, debida a la flexión y al cortante)-Deformación diferida, por la fluencia del material.

- La deformación inicial por flexión y cortante, se calcula mediante lasexpresiones habituales de la resistencia de materiales utilizando el valor mediodel Módulo de Elasticidad Longitudinal. (Eo,med) y del Módulo de Elasticidad Transversal G .

La deformación por cortante tiene, para algunos tipos de estructuras demadera, cierta incidencia, en relación a la deformación por flexión, debido al

reducido valor del módulo de elasticidad transversal G, respecto al longitudinalE, aunque suele despreciarse.

Consideremos que mientras en la madera la relación de E/G es de 16, ya queG vale de 6.000 a 7.000 kp/cm2, en otros materiales, como el acero u elhormigón, es de 2,6 o 2,5, respectivamente.

El grado de esta incidencia depende de:- la esbeltez geométrica de la pieza (luz/canto)- del tipo de carga.- de las condiciones de enlace.

A mayor canto, mayor influencia porcentual del cortante, aunque no en valor absoluto. Así, por ejemplo, para una relación de L/H de 17, habitual para piezasbiapoyadas de canto constante y carga uniformemente repartida, ladeformación por cortante representa un 5,5% del total. Si el dimensionado seha realizado para L/H igual a 10, la deformación será menor pero el porcentajedel cortante llegará al 10% del total.

Si el canto de la pieza es variable, L/H de 15 en el centro y de 30 en losextremos, con idénticas condiciones de enlace y de carga, la proporción de la

deformación por cortante aumenta hasta el 6%.Para un cálculo manual de casos sencillos, se pueden utilizar fórmulas paraconsiderar la aportación de esta deformación por cortante, bajo carga puntualcentral o para carga uniformemente repartida.

Para un cálculo informatizado, como la mayoría de los programas comunes nocontemplan este porcentaje puede trabajarse con un módulo “E ficticio”, menor en un 6 a un 8%, de modo que las deformaciones instantáneas facilitadas, yase vean afectadas por este porcentaje y den resultados más reales ycompletos.

44



45



- Deformación Diferida. Para ciertos materiales, y la madera entre ellos, ladeformación instantánea o elástica no es la deformación final, ya que seproduce un aumento de deformación a lo largo del tiempo. Este incremento dedeformación esta relacionado con la duración de las cargas, pero tambiénpuede llegar a estabilizarse a medida que aumenta el tiempo y si, en un

punto, se suprime la aplicación de las cargas, pueden restar deformacionesresiduales o viscosas, en la estructura.

Así las cargas permanentes producen un importante aumento de ladeformación. Y además influyen otros factores como el proceso de carga, elnivel de tensión alcanzado, el contenido de humedad y la temperatura.Este comportamiento se concreta en la normativa, con el factor K def paracargas cuasipermanentes, que se encuentra tabulado según el tipo de material,en función de las condiciones ambientales de la estructura o “clases de servicio1/2/3”.Los valores de la tabla K def indican el porcentaje de la flecha instantánea, que

representa la flecha diferida de las cargas permanentes, por lo que ladeformación final, į ó w, viene dada por la expresión:

w fin = w ini + w dif = w ini ( 1 +ȥ2 · K def )

Siendo ȥ2 el coeficiente de simultaneidad de las acciones, lógicamente devalor unidad si se trata de las propias acciones permanentes.

Los valores de ȥ2, según el origen de las acciones variables que actúansimultáneamente con las permanentes, ponderan una intensidad o duracióndeterminada en relación a las permanentes a efectos de fluencia y son, segúnreproduce la tabla del apartado de Seguridad Estructural del Código Técnico:

ORIGEN SOBRECARGAS Ȍ2Viviendas 0,3Oficinas 0,3Locales de Reunión 0,6 Áreas Comerciales 0,6 Almacenes 0,8Vehículos < 3.000 Kg. 0,6Cubiertas no transitables 0

Nieve para H < 1000 m. 0Nieve para H > 1000 m. 0,2

Donde ȥ2 representa el porcentaje estimado de las cargas variables queactuarán casi permanentemente. En resumen la fluencia de las variables haperdido importancia con el sistema actual, lo cual ayuda a que los límitesdeformatorios descritos a continuación, ahora comunes a todos los materiales,sean más asumibles.

- Otros Factores Si la madera ha sido colocada en obra verde o saturada deagua, y ha de proceder a su secado en obra, las deformaciones serán mayoresy se evaluarán tomando un (K def + 1), en las anteriores consideraciones.

46



En las estructuras formadas por piezas, para que los esfuerzos se transmitanentre ellas, los enlaces han de entrar en carga lo que produce deslizamientosen los medios de unión que influirán en la deformación global.

En los nudos de las cerchas o en las coronas de los pórticos se produce un

incremento de deformaciones significativo, por este motivo.

La norma define un Kser , para estimar estos deslizamientos de los medios deunión, en función del esfuerzo de servicio F por plano de corte, entre madera-madera o acero-madera u hormigón-madera, necesario para hacer deslizar 1mm., para una densidad media Um de la madera y un diámetro d del herrajetipo clavija o de penetración.

w ini = F / K ser, para valores de Kser formulados y calculados.

Se deberá valorar también la fluencia en los deslizamientos, por lo que el

deslizamiento final será:w fin = w ini ( 1 + Kdef)

En caso que los herrajes dispongan de perforación previa o pretaladro, comoen los pernos, el deslizamiento calculado se aumentará en un 1 milímetro,valor correspondiente al juego inicial del enlace.

También ciertas situaciones ambientales pueden influir en las deformaciones,a partir de movimientos de la estructura por cambios higrotérmicos.

Así, por ejemplo, vigas curvas isostáticas pueden desplazarse en su apoyodeslizante al aumentar la humedad en la madera.

SITUACIONES de Proyecto para las Deformaciones.-

Las deformaciones se calculan bajo acciones características o incluso menores(JF 1), como estado límite de servicio E.L.S.

Las llamadas situaciones de proyecto o combinaciones en E.L.S. , que puedenverse en las fichas de la documentación adjunta, son:

Combinación CARACTERÍSTICA, que evalúa los efectos de corta duración delas que pueden resultar consecuencias irreversibles (w act), o sea valora la“integridad”. Interviene el factor de simultaneidad ȥ0 de las accionesconcomitantes, con un valor conservador de 0,7 excepto para el uso dealmacén.El “confort” (w3) también es una combinación del tipo característica, de lasacciones variables Q.

Combinación FRECUENTE, que evalúa los efectos de las acciones de cortaduración, de las que puedan resultar consecuencias reversibles, como tales es

poco considerada en deformaciones. Intervienen los coeficientes ȥ1 y ȥ2.

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Combinaciones CUASI-PERMANENTES, que evalúa los efectos de lasacciones G de larga duración, o sea valora la “apariencia” (w max). Intervieneȥ2, como hemos visto.La flecha total se calculará como la suma de contribuciones individuales de lascargas permanentes y variables, considerando las deformaciones iniciales y las

diferidas : w total = w1 + w2 + w3

Siendo w1 = flecha inicial de permanentesw2 = flecha diferida de permanentesw3 = flecha inicial de variableswc = contraflecha de fabricación

En madera laminada encolada es donde puede darse la contraflecha defabricación wc. Suele tener un valor fijo, igual a 1 /300 de la luz. Aunque podríaoscilar entre la flecha debida a las cargas permanentes y 1,5 por este valor,

como máximo. Por lo que w1 puede partir de este valor de contraflecha wc.

Es importante controlar la flecha activa que es el valor que puede producir daños en los acabados i/o instalaciones (“integridad”):

w act = diferida permanentes w2 + inicial variables w3

Si se trata de forjados o pasarelas transitables, se ha de evitar la sensación defalta de “confort”, debido a las vibraciones. Se considera que las accionesvariables (w3 sólo inicial ya que la parte diferida no da tiempo que se produzcadebido a su corta duración) no deben ocasionar una deformación instantáneaexcesiva (también, para forjados ligeros no se considera recomendable superar los 13 mm de valor absoluto de flecha máxima, para todas las acciones).El Código Técnico analiza las vibraciones con mayor profundidad a partir de lasfrecuencias propias de las estructuras y limitándolas según el tipo de uso.

Desde el punto de vista de la “apariencia” se han de evitar excesivosmovimientos con respecto a la situación inicial, que puedan afectar a laestética.La flecha neta se entiende como máxima:

w max = total w tot – contraflecha wc

Se utilizará la combinación característica para “integridad” y “confort”, y lacombinación cuasipermanente para comprobar la “apariencia”.

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Limitaciones a deformaciones VERTICALES:

Según el art. 4.3.3 del Documento Básico de Seguridad Estructural SE 2(Aptitud al Servicio) las deformaciones se limitan con varios objetivos:

- Para que sean compatibles constructivamente con el resto de elementos yinstalaciones, o sea de integridad.- Bajo criterios de confort.- Por cuestiones funcionales o estéticas, o sea de apariencia.

Las limitaciones de deformaciones verticales, bajo criterios de “integridad”, paraw act (w act = w2+w3), según los sistemas constructivos son:

L/500 para pisos con tabiques frágiles o pavimentos rígidos sin juntas.L/400 para pisos con tabiques ordinarios o pavimentos rígidos con juntas.L/300 en el resto de los casos.

Bajo criterios de “confort”:L/350 será el límite para w3 (instantánea de las variables)

Bajo criterios de “apariencia”:L/300 será el límite para w max ( w max = w1+w2+w3-wc)

En caso de tratarse de voladizos estos límites se reducen a la mitad en relaciónal vuelo, o, lo que es equivalente, la luz L se tomará como dos veces el vuelodel voladizo.

Estás condiciones deberán cumplirse en dos direcciones ortogonales de laplanta.

Limitaciones a desplazamientos HORIZONTALES:

Se utilizará la combinación característica para comprobar la “integridad” y lacombinación cuasipermanente para valorar la “apariencia”.

Desplazamiento horizontal o desplome total u, sobre la altura total del edificio.Desplazamiento horizontal o desplome relativo ui, sobre la altura de su planta.

Altura total del edificio H. Altura de una planta Hi.

Bajo criterios de “integridad” los desplomes límite serán:H/500 de desplome total u en relación a la altura total H.Hi/250 de desplome local ui en relación a la altura de su planta Hi.

Bajo criterios de “apariencia” el desplome relativo será:Hi/250 de desplome local ui en relación a la altura de su planta Hi.

Estás condiciones deberán cumplirse en dos direcciones ortogonales de la

planta.

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3.7 Comprobaciones sobre la Estabilidad

El Pandeo

Una pieza: con comportamiento elástico-linealde directriz perfectamente rectasometida a compresión axialde sección circular , o rectangular de enlaces biarticulados en sus extremos

Pandea, si la solicitación axial supera la P crítica, y la consiguiente V critica,para la esbeltez mecánica O = Lef. / i, según:

Pcrit = ( 2 · Eo,k · I) / Lp2 crit = ( 2 · Eo,k) / m2

Donde interviene el módulo de elasticidad longitudinal característico.

Para la madera, que no tiene un comportamiento elástico-lineal en todas susfases, ni es isótropa y puede tener defectos o singularidades, el métodopráctico consiste en reducir la capacidad de resistencia a compresión.

Se establece un coeficiente “ cȤ ”, que es menor a 1, y que afecta la

resistencia a compresión paralela por este factor, de modo que puedaconsiderarse que con la reducción de tensión, no se alcanzará la P crit.

Se dispone de unas tablas de c Ȥ , en función del tipo de material, de la ClaseResistente y de la esbeltez mecánica .

La longitud eficaz de la pieza con posibilidades de pandeo depende de , ocoeficiente según las condiciones de restricción de los enlaces extremos de lasbarras. Los valores recomendados de E son mayores en general, que losteóricos, para así contemplar la dificultad de conseguir la rigidez deseada enlos enlaces, y considerar su deformabilidad relativa.

En todos los casos podemos utilizar la misma P crítica si variamos la longitud

eficaz, según los diferentes casos de enlaces o restricciones, Lef = E x L real.Para casos especiales de piezas comprimidas en sistemas estructuralestraslacionales o intraslacionales deberá buscarse la longitud de pandeo, apartir de la rigidez de los enlaces reales. También puede analizarse el pandeomediante un cálculo iterativo, considerando la variación sucesiva deexcentricidades del axial.

Las esbeltezas mecánicas se obtienen dividiendo las longitudes eficaces aconsiderar por los radios de giro respectivos, ya que los enlaces y las inerciaspueden ser diferentes en cada plano principal de la sección axialmentecomprimida. El pandeo puede estar más restringido en el plano lateral que en

el principal, o a la inversa, y la comprobación se efectuará para ambos.

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4.- COMPROBACIONES EN SITUACIÓN DE INCENDIO

4.1 La Situación de Incendio

4.1.1 La Combustión

Es la combinación de los componentes de la madera: carbono e hidrógeno, conel oxígeno, produciendo anhídrido carbónico (no combustible) y agua.Es una reacción con desprendimiento de calor (exotérmica), produciéndose lacombustión en dos fases que en parte coinciden en el tiempo:

- Primero una pérdida de vapor de agua y gases, formándose carbón vegetal.- Segundo una combustión del carbón vegetal formado.

Quema en presencia de oxígeno (son necesarios 4,6 m3 de aire para quemar 1kg de madera a 0º y 700 mm de presión), manteniendo la temperatura entre400 y 500 ºC.

Proceso Combustión: CALENTAMIENTO + IGNICIÓN + CARBONIZACIÓN

100ºC Secado de la madera con desprendimiento vapor de agua.300ºC Destilación madera, desprendiendo gases. Se inflama a

ésta temperatura superficial en presencia de llama.Sin élla a 400ºC

350ºC Más gases, como el monóxido de carbono e hidrocarburos .“combustión viva exotérmica”

500ºC Combustión de gases y del carbón vegetal800ºC Van agotándose los gases

1200ºC Se agota el carbón vegetal

Iniciada la combustión, el calor genera la pirolisis (descomposición condesprendimientos, fase endotérmica), apareciendo alquitranes, que originanhumos y vapores. Queda un esqueleto de carbón poroso incandescente, quese consume sin llama (oxidación luminosa) hasta las cenizas.

4.1.2 Comportamiento del Material.

Características del material, en relación al fuego y a la combustión:

-La madera tiene una Baja reacción al fuego, pero una Alta estabilidad al fuego.La madera pierde al calentarse resistencia y rigidez, por lo que descienden losvalores tensionales y el módulo de elasticidad. Sin embargo su capacidad deaislamiento térmico impide que la temperatura aumente en el interior de lapieza, por lo que este efecto de pérdida de resistencia es despreciable en la

práctica, comparado con otros materiales.

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-El calor específico del material es de 0,4 a 0,7 Kcal/kgºC, por lo que elcoeficiente de conductividad térmica (Ȝ = 5 a 6 kcal/h mºC) es bajo,especialmente en la dirección perpendicular a las fibras, por ello es dificultosoque la combustión supere las capas exteriores.

-La reacción al fuego M depende del espesor de la muestra. Por ejemplo en:

Frondosas al 12%H: si e14mm se considera M4 el índice de inflamabilidad.e>14mm M3

Coníferas e18mm M4e>18mm M3

- La densidad es un parámetro importante. Así, las maderas ligeras, con mayor número de poros, arden más deprisa que las pesadas, al desprender másgases. Es por lo que la combustión depende de la “especie”.

-La humedad de la madera, además de afectar a la resistencia, también tienesu incidencia. A mayor cantidad de agua más tardará en evaporarla ypermanecerá en los 100ºC, retrasando la combustión. Por ejemplo al 15% deequilibrio higroscópico ha de evaporar 150 kg de agua antes de iniciar lacombustión, aunque no se considera esta influencia de manera específica en elcálculo.

En conclusión, en la madera la velocidad de avance de la combustión dependede varios factores, así como del posible tratamiento ignífugo, superficial oprofundo, que haya podido tener. Aunque el sistema normativo decomprobación que comentaremos contempla algunos de ellos y predice unavelocidad de avance casi constante, con pequeñas variaciones según loscasos.

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4.2 Bases Generales de Cálculo

La combustibilidad de la madera depende de la relación entre superficie yvolumen de la pieza. Los entrantes en las secciones o las aristas, queaumentan la superficie, reducen esta relación, siendo por ello los puntos más

atacables de la sección. Del mismo modo que las fendas proporcionan mayor superficie expuesta de la madera. O la madera laminada carboniza a menor velocidad aparente al carecer de ellas.

Pero en general puede hablarse de una velocidad de carbonización básica ßo

aproximadamente constante, lo que permite establecer una relación lineal entreel tiempo de exposición al fuego y profundidad carbonizada.

La profundidad de carbonización será: dchar = ß o * t Además se produce el redondeo de las aristas de la pieza.

Los métodos de cálculo se basan en encontrar la sección que resta despuésdel incendio y en su estado, para comprobar su viabilidad. Se realiza con unplanteamiento similar al realizado para una situación normal, sin incendio, peroutilizando:

- MAYORES RESISTENCIAS de CALCULO.- MENOR EFECTO de las ACCIONES.

En el método de la “Sección Reducida (Eficaz)”, véase la tabla sobre lavelocidad de carbonización nominal ßn (mm/minuto) en función de ladensidad y de la especie de la madera. Este método simplificado considera las

secciones con las aristas vivas, pero contempla una mayor reducción de lasección por el efecto del redondeo real de las aristas durante el incendio y por la menor resistencia de la madera caliente, junto a la pirolisis .

El método de la “Resistencia y Rigidez reducida”, a partir de las ß y del estudiopormenorizado del redondeo, en función del tiempo y la consiguiente reducciónde inercia permite afinar los resultados.

En el Código Técnico de “Seguridad en caso de Incendio” y concretamente enel anejo “E” se describe el método de cálculo llamado de la “Sección Reducida”que es el que desarrollamos en estos apuntes, buscando la sección eficaz,

después de sufrir el incendio.

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Propiedades del Material en situación de Incendio

Valor de cálculo de la RESISTENCIA: f f,d= Kmod f . kf . (f k / M,f )

Kmod f Es el Kmod para incendio, considera los efectos de temperatura yhumedad sobre la resistencia y la rigidez. Su valor es menor o igual a 1, segúnel sistema de cálculo empleado.

kfi Coeficiente transformador del valor característico en un valor similar al percentil 20 a fuego:

kfi = 1,25 para madera aserradakfi = 1,15 para madera laminada

m,f Coeficiente de seguridad en incendio de valor = 1.

f k Resistencia característica de la madera.

Valor de cálculo de los Módulos de ELASTICIDAD:

Ef,d = Kmod f . kfi . (Ek / M,f ) para comprobación a vuelco y pandeo (E.L.U.)Ef,med = Kmod f . (Emed / M,f ) para verificar deformaciones (E.L.S.)

Combinatoria de Acciones en situación de incendio:

Según el Código Técnico, en el apartado de Seguridad Estructural, lascombinaciones de acciones considerando los coeficientes de simultaneidadson:

1 CP + (0,5 ó 0,7) SU1 CP + 0,2 N (para nieve media o corta).1 CP + 0,5 V (viento)1 CP + (0,3 ó 0,6) SU + 0,2 N

1 CP + (0,3 ó 0,6) SU + 0,5 V

Se tomará uno u otro factor corrector de la sobrecarga de uso SU, según setrate de viviendas y oficinas privadas o de comerciales y locales públicos,tratando así de predecir la intensidad de carga, coincidiendo con el incendio,para cada uno de los dos casos.Con nieve de larga duración habrá de tomarse el factor 0,6.

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Por ello, de un modo orientativo, como anchos mínimos previos a lacomprobación, pueden tomarse:

Para luces medias-grandes, de madera laminada: en estructura principal >= 12y en estructura secundaria >= 10 cm

Para luces menores, de madera aserrada: en estructura secundaria >= 10 cm

En las escuadrias adosadas, no se consideraran expuestas las caras encontacto, si la separación entre adosadas es de hasta 1 mm

No se considerará la acción del fuego en la cara de la sección en contacto conel panel del techo o de la cubierta, por su efecto protector.

Sin embargo estos elementos, considerados de cerramiento de cubierta, nopueden mantener la misma R que la estructura, debido a su pequeño espesor

y por que sufren una rápida carbonización en las juntas entre paneles. Esta esuna de las razones que dificultan su uso combinado como elemento dearriostramiento de la estructura.

En general toda estructura de trabazón puede considerarse que, después delincendio, sigue cumpliendo con su misión si mantiene un 60% de su capacidadportante.

No se efectuaran, en general, comprobaciones de deformación de lasestructuras, bajo situación de incendio, sino forman parte de un elementoparallamas o separador de sectores de incendio. En este caso la comprobaciónse hará para una hipótesis combinada de servicio E.L.S., que simule lasintensidades de las cargas en la situación de incendio, y que se hará coincidir con las de la comprobación última a fuego E.L.U., al ser las J menores a 1.

4.4 Comprobación de las Uniones

Basándose en el DB-SI y para R<=60 minutos, comprobaremos las uniones ensituación de incendio, ya que son el punto débil en las estructuras bajo laacción del fuego.Las uniones, calculadas exclusivamente para la situación de cargas normal,diseñadas con sólo piezas laterales de madera, o con placa metálica central entre maderas, o con placas de acero al exterior y no protegidas, llegan a unaR de 15 a 20 minutos (tfi,d), según el tipo de unión, pues son 20 minutos paralos pasadores. Para mejorar este comportamiento hasta R de 30-60 seprecisará:

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- Incrementar los espesores de las piezas laterales y las distancias a testay borde de los medios de unión y la longitud - anchura de los laterales.

Este aumento de las distancias a la testa y a los bordes en la medida de afi

mm. se calcula para afi = ßn . k flux (treq - tfi,d)

Para treq el tiempo de R requerido en minutos,ßn la velocidad de carbonización eficaz, yk flux igual a 1,5, como flujo de ca lor a través del elemento.

Por ejemplo para una EF-60 a fi = 0.8 · 1,5(60 –15) = 54 mm de incremento

En caso de protecciones por capas de tableros con una estabilidad al fuego dela protección:

tch treq – 0,5 tfi,d

Siendo tch el tiempo en el que se inicia la carbonización, y equivaliendo alcociente entre el grueso de los tableros y la velocidad de carbonización básica.

Ha de evitarse el fallo prematuro del modo de unión, situando las fijaciones a ladistancia afi del borde y a distancias entre síde 100 mm. en los bordes y de300 mm. en el interior. La penetración de las fijaciones en la protecciónadicional ha de ser mayor de 6 diámetros.

Los gruesos de los parches y tapones sobre las fijaciones se determinarán

como afi .Las placas de espesor < 3 mm pueden protegerse mediante retranqueos dg, ofiletes encolados de espesor dg, o paneles fijados de grueso h p:

dg > 20 mm. R-30dg > 60 mm. R-60dg - hp > 10 mm. R-30dg - hp > 30 mm. R-60

En caso de placas exteriores de acero sin protección se comprobaran como el

acero bajo incendio, considerando la cara del acero en contacto con la maderacomo no expuesta.

Si se protegen con tableros, su grueso afi , será:afi = ßn . k flux (treq - tfi,d) para tfi,d de 5 minutos

Por ejemplo utilizando una protección de contrachapado y para una EF-60afi = 1 · 1,5(60 –5) = 82,5 mm de grueso.

Para uniones con piezas laterales de madera (espesor t145 mm) y sinprotección. Con la misma fórmula y para tfi,d de 15 minutos, vemos un ejemplo

de protección con madera: afi = 0,8 · 1,5(60 –15) = 54 mm de grueso.Consultar otras fichas en la documentación facilitada.

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Criterios generales de diseño y constructivos de los enlaces en situaciónde incendio:

Como hemos visto, para las pletinas vistas, sus espesores son determinantes

para conseguir estabilidades al fuego, así para los elementos principales losenlaces orientativamente han de confeccionarse con gruesos de 6 a 8 mm ypara los elementos secundarios de 3 a 4 mm. Las dimensiones mínimas enplanta de la pletina también tiene su incidencia, así oscilará de 200 a 280 mmpara una R-30 o R-60, respectivamente. Es un buen recurso clavetear losherrajes a la madera para evitar el pandeo de las placas. (1 clavo cada 12x12cm).

Con los herrajes vistos y adosados se produce el efecto “plancha” sobre lamadera, que la calienta y inicia la combustión, pero la falta de oxígeno ladetiene y acaba exponiéndose el acero y protegiendo a la madera.

Para los herrajes embutidos en el interior de la madera, la mejora decomportamiento es completa si quedan totalmente ocultos, para no captar calor exterior y conducirlo hasta el corazón de la escuadría de madera, dondetambién se produciria un inicial sobrecalentamiento interno.

En cuanto a las fijaciones puede actuarse reduciendo el valor de trabajo decada medio de unión, aumentando su número o colocándolos de mayor capacidad, o sea sobredimensionando la unión.

Así en los tirafondos sometidos a carga axial y protegidos de la exposición alfuego, se obtiene su capacidad de carga multiplicando la normal por uncoeficiente reductor o factor de conversión Ș conn en función de las distancias alos bordes d1 y del tiempo requerido tfi,d de estabilidad al fuego.

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4.5 Ignifugación

La práctica habitual en el sector de la madera estructural no es tratar la maderacon métodos de ignifugación. No hay tradición en este sentido y se opta por elredimensionado bajo la situación de incendio, tal como hemos visto.

Ignifando la madera se busca influir sobre el inicio de la combustión,retardándola. Si se mejora su reacción al fuego, se baja su índice deinflamabilidad y combustibilidad o reacción M, y como consecuencia seaumenta su resistencia y estabilidad al fuego R.

Se utilizan tratamientos químicos o protecciones que actúan como “pantalla”.Son productos de fuertes características, ya que son precisas altas retencionesde producto para esta misión.

Son, en general, compuestos hidrosolubles del tipo:

- Cloruro de cinc cromado.-”Pyresote” (cloruro cinc, sulfato amónico, ácido bórico, principalmente)-”Minalith” (sulfato amónico y ácido bórico, principalmente)

Oscilando de 25 a 95 Kg de retención de producto ignífugo necesaria, por m3de madera.

- Modo de Actuación:Estos productos están pensados para conseguir su objetivo, en base a:

Aumento de la humedad de la madera, al ser higroscópicos, produciendo unaelevación de la temperatura de descomposición de la madera (como lossilicatos alcalinos).

Aumento del carbón vegetal y disminuyendo los gases combustibles y laincandescencia del carbón (como los fosfatos).

Desprendimiento de gases NO combustibles propios de los materiales deprotección y de la propia madera, retrasando la propagación. En algún caso,los gases no combustibles pueden ser tóxicos.

Formación de barreras frente al aire. Al fundirse a temperaturas menores a lacombustión de la madera, rellenan sus poros taponando la entrada de aire y laevacuación de gases combustibles (productos como el bórax). Al mismo grupo pertenecen los productos intumescentes, que forman espumasestables como barrera (productos del tipo urea, caseína y los fosfatosamónicos)

Inhibición química. Formando combinaciones químicas, en la reacción encadena de la combustión, más inertes y menos reactivas. (son del tipohalógenos como el flúor, cloro, boro, yodo). Como contrapartida pueden

originar gases tóxicos que hay que contrarrestar con la adición de otrosproductos.

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4.5.1 Métodos de ignifugación

La madera se elige en función de sus características resistentes o aparentes,por lo que su facilidad de ser impregnada es un valor añadido no determinante,

en el momento de su elección, por lo que en ocasiones puede haber dificultades para conseguirlo. Hay varios métodos de aplicación, aunque no secontempla en los cálculos de carbonización para establecer la R, puedellegarse a un M2, o incluso a un M1, con un tratamiento en masa de la madera.

- Ignifugación profunda

Por inyección a presión, sistema Bethell o de célula llena, eliminando el airepreviamente por vacío en autoclave, consiguiendo altas penetraciones yretenciones. Es eficaz si penetra un mínimo de 1 cm en el duramen.

También puede hacerse por simple inmersión, con reposo posterior parafavorecer la dispersión. Se facilita el proceso si se produce en caliente, atemperatura entre 60º - 90º C.

Es necesario el secado posterior, mejor al aire. En esta operación de secadopuede producirse una cierta migración de los ignífugos.

- Ignifugación superficial

Más económica y con la doble misión de ignifugar y tratar la madera comoacabado, en forma de pintura o barniz.

Son los mismos productos, con mayor concentración (1 kg/m2) para aumentar la resistencia con una sola capa.

Si son pinturas o barnices del tipo “intumescente”, precisan menoresconcentraciones (250 gr/m2) y forman con el calor un capa espumosa queimpide la entrada de calor y la salida de gases. (Silicato sódico o fosfatoamónico + resinas termoendurecibles, como epoxis o siliconas)

La ignifugación superficial se ha de renovar periódicamente para mantener laeficacia. Hay empresas especializadas que aseguran una R-90, con untratamiento superficial.

- Recomendaciones Genéricas para las piezas ignifugadas

Es recomendable usar sales no higroscópicas, para evitar que capten lahumedad ambiente, dañando la madera.No es recomendable la utilización exterior de las piezas tratadas, pues la lluvia

irá lavando la protección, ya que en general, son sales del tipo hidrosolubles.

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No es posible un cepillado enérgico de las piezas tratadas superficialmente,pues disminuye el grueso protegido.

En la madera laminada encolada, el tratamiento ignífugo previo puede afectar ala calidad del encolado. A su vez, un tratamiento posterior, puede dificultar la

penetración de la solución acuosa del ignífugo, por la resistencia al producto delas capas de cola.

- Recubrimientos Ignífugos

Además de estos tratamiento descritos sobre el propio material, existen lossistemas tradicionales de Recubrimientos ignífugos, a base de materialesaislantes o difícilmente combustibles, que son útiles para especies pocoabsorbentes, como el abeto o el cedro, o sobre estructuras con fuertesrequerimientos de EF y que no deban cumplir con consideraciones estéticas.

Recubrimientos de capas aplicadas o de placas rígidas de:

Yeso + tela metálica (al ser mal conductor y evacuar agua)Placas amianto, fibrocemento, lana vidrioVermiculitaTableros de fibras (con adhesivo tratado)Tableros de partículas (mezcladas con ignífugos)Cartón – yeso, o yeso con fibras.

Resistencias al Fuego, por especies.-

MUY ELEVADA EucaliptusLaurelTeca

ELEVADA HayaCastañoPino OregónRoble Arce

MEDIANA AbedulCiprésCedroOlmo

BAJA Cerezo Abeto blancoPino silvestre Abeto rojo

MUY BAJA Chopo

SauceTilo

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COMPROBACIÓN AL FUEGO PARA UNA EF-60PORTICO: 18,5 x 170 GL-24h

q variables = 50 kg/m2 q permanentes = 50 kg/m2

M+ = 6·0,05 x 8282

= 29,4 m·T M+ = 29,4 m·T

Hipótesis II a fuego1 C.P. + 0,2 N.

29,4 + (0,2 · 29,4) = 35,28 m·T.

* ȕn = 0,7 mm/min. (Tablas para madera L.E)velocidad carbonización. 290ȡk t Kg/m3

eficaz. (ȕn > ȕo)

profundidad d car = 42='60×7,0='t×ǃn mm.

* prof. eficaz d ef = 49mm7142dKd oocar mm.

* 3 caras expuestasb’ = 18,5 – 4,9 – 4,9 = 8,7 cm.

8,7 x 165,1h’ = 170 – 4,9 = 165,1 cm.

* Inercia sección reducida 715.262.312

1,1657,8 3

u

cm3

modulo resist. reducido 39524

h

I2 cm2.

26,8939524

1028,35ı

5

y fuego

u Kg/cm2 << 276 Correcto

2761

24015,11

f Ȗ

f KKf

m

kf f mod,fd

Kg/cm2

* Comprobación a vuelco(Considerando el sistema de traba general)

771lvȕl r ef m.

39087,0

651,17C

2e

TablasC e = 39

K crit = 0,1923GL-24

f f,d = 276 Kg/cm2

f f,d con vuelco x 0,1923 = 53,1 Kg/cm2 < 89,26 calculada

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* No cumple para una EF-60

Opciones:*Aumentar sección (b > 18,5 cm.)

*Aumentar traba (lef < 7m.)

*Reducir R (R < 60 )Ya que la carga permanente de esta cubiertaes menor de 100 Kg/m2, y se puede considerar R-30.

Tomamos la decisión de rediseñar la traba, implicando todas las correas(c/350 cm.) de forma que reduzca mucho la esbeltez.

5,35,31lr vȕlef m 63,27087,0

651,15,3C 2e Tablas K crit = 0,4

f f,d = 276 Kg/cm2

f f,d con vuelco = 276 x 0.4 = 110 Kg/cm2 >> 89,26 calculadaCorrecto

No se comprueba la deformación al fuego en situación de incendio.Solo debe hacerse en el caso que la pieza forme parte de un elementoseparador de sectores de incendio.

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5.- TIPOS ESTRUCTURALES EN CUBIERTAS

5.1 Introducción

A partir de la forma de la planta a cubrir, los posibles puntos de soporte, la

función a alojar, y los medios constructivos, entre otros condicionantes, seelegirá los tipos estructurales más adecuados.

En general habrá una primera decisión: se tratará de una estructura jerárquica,con piezas principales y secundarias, o de una estructura global, más compleja,y sin distinción clara del carácter específico de sus partes.Se tratará de una estructura basada en mecanismos resistentes de flexión, oen una combinación de axiales de compresión y tracción, o basada en laconfiguración como forma espacial, en cáscara o membrana, aptas paratrabajos fundamentalmente axiales.

Se ha escogido el orden de la descripción, de los tipos estructurales decubierta, en función de su capacidad y optimización para salvar un ordencreciente de luces en el plano, dejando para el final dos tipos claramenteespaciales:

x Vigas de alma llena.x Vigas atirantadas.x Celosías trianguladas.x Barras apuntaladas tri-articuladas.x Pórtico bi o tri-articulado.

x Arco bi o tri-articulado.x Mallas espaciales.x Láminas plegadas.x Láminas cilíndricas.

En el caso del tipo basado en la división en estructuras principales ysecundarias, la relación más económica entre las luces es de 4.5 x 1, lo queocasiona importantes luces de correas, para agotar la capacidad del material.El peso propio conjunto, para ambas estructuras de cubierta que cumplan dicharelación, puede predimensionarse como una repercusión de kg/m2, para elcaso de vigas biapoyadas y de canto constante, aproximadamente igual a:

1 /120 (L principal + L secundaria) x Q aplicada / m2

De un modo orientativo, la comprobación resistente de las piezas con untrabajo predominantemente a flexión, puede iniciarse por la flecha en caso quela relación entre el canto y la luz sea mayor a 1:16; o por las tensionesnormales V de flexión, en caso que la relación esté comprendida entre 1:10 y1:16; o por los cortantes, en caso que la relación sea menor a 1:10. De estemodo la aproximación al resultado final es más rápida y convergente.

En las estructuras de madera no suele ser necesario la disposición de juntas dedilatación, para longitudes menores a los 200 m, ya que los efectos de unaumento de temperatura producen, junto a una mínima dilatación térmica, unacontracción semejante, por reducción de la tasa de humedad higroscópica.

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5.2 Vigas de Alma Llena

Se considera un tipo apto para luces hasta los 25 o 30 m, ya que a partir denecesitar cantos de unos 2 m, puede resultar mucho más óptima una soluciónaligerada de barras de celosía, que proporciona un ahorro importante de

material aunque a cambio de un mayor trabajo en las uniones.

Hay una gran variedad de vigas, dentro de este tipo, según su canto sea“constante” o “variable”. Como canto variable pueden considerarse las dependiente a una vertiente, a doble vertiente, las peraltadas, y todas lascurvadas. Las vigas curvadas pueden serlo por la parte superior o la inferior.También en su misma directriz, con una o varias curvaturas acopladas.

Analizada una sección, su limitación vendrá motivada, en general, por lacomprobación de la deformación, considerando la flecha instantánea y ladiferida, por la fluencia del material. En el caso de canto variable y a doble

vertiente, este punto tiene todavía mayor incidéncia.

En el caso de canto variable, será necesario además comprobar los puntos demáxima tensión, ya que pueden no corresponder con los de máximo momento.Han de realizarse correcciones tensionales, perpendiculares a la sección, por lainclinación de las fibras, y en puntos singulares, como el vértice, por ejemplo. Así, en vigas de canto variable con cambio de directriz de la pieza, como lasvigas a dos aguas o peraltadas, el punto crítico puede ser la capacidad deresistencia a la tracción perpendicular a la fibra.

En piezas curvas también se analizarán las tensiones de tracción,perpendiculares a las fibras.

Acompañando a la flexión de las vigas habrá que comprobar el vuelco, oinestabilidad lateral de sus fibras comprimidas, por lo que se tomarán medidasdesde el diseño, inmovilizando sus extremos, y arriostrando con un sistemaestabilizante basado, por ejemplo, en las correas diagonalizadas.

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5.3 Vigas Atirantadas

Este tipo estructural se encuentra en el camino de la evolución lógica de lasvigas de alma llena, hacia las celosías de barras.

En el punto en que las vigas macizas están al límite de sus capacidades, y conuna alta repercusión de su peso propio, es un recurso habitual ganar canto sinaumentar volumen, apuntalándola con montantes acodalados contra un tiranteinferior, que actúan como apoyos elásticos del par superior de la viga.

Este tipo toma el nombre de viga Fink y, en condiciones normales, no ganamosun sector de luz mucho más amplio, pero lo conseguimos de una forma muchomenos pesada, física y espacialmente. Habitualmente podemos llegar hasta los35 m de luz, o en casos excepcionales superarlos largamente, desdoblando elpar superior en dos y multiplicando el número de montantes de apoyo, con los

necesarios cambios de dirección del tirante, con un cierto ángulo, en cadapunto de encuentro.

Cada barra de la viga se especializa en un tipo de esfuerzo: el par superior queda solicitado fundamentalmente como una viga continua a flexocompresión,apoyada flexiblemente sobre los montantes, que estarán fuertementecomprimidos por la reacción contra el tirante inferior, traccionado. Todas lasbarras se pueden diseñar en madera, pero es habitual que el tirante seresuelva en acero, para ganar esbeltez.

Es un tipo estructural que ha de hacerse entrar en carga previamente, para queno se produzcan deformaciones importantes por deslizamiento de las unionesal recibirla. Un tirante regulable de acero favorece la facilidad de contra flechar el conjunto.

Todas las uniones han de diseñarse para transmitir correctamente losesfuerzos, fundamentalmente las tracciones extremas del tirante contra el par de madera flexo comprimido.

Las uniones de los montantes con el par han de quedar inmovilizadastransversalmente, por el empotramiento del propio nudo o, mejor, por un

sistema de arriostramiento transversal. Esta es una cuestión importante paraasegurar que el vuelco, por exceso de flexión del par, o cualquier excentricidadde las cargas no produzca el inicio de una deformación lateral, con laconsiguiente pérdida de geometría y de canto, que origine un proceso deposible colapso.

Las cubiertas de madera acostumbran a estar solicitadas por cargaspermanentes ligeras, por lo que una acción del viento de succión exterior o depresión interior o su combinación, según la pendiente de la cubierta o lasuperficie de aberturas en fachada, puede llegar a contrarrestar a las cargasgravitatorias y a invertir los esfuerzos de las piezas, colocando el tirante a

compresión que, en general muy esbelto, no podrá soportar.

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5.4 Celosías Trianguladas

Las celosías trianguladas pueden entenderse a partir de ir complicando las

soluciones de las vigas Fink, cruzando barras y uniéndolas. Se sigueconsiguiendo perder peso, con respecto al tipo de alma llena, y llegar a cubrir hasta los 50 m de luz.

Las condiciones genéricas de diseño para las estructuras trianguladasarticuladas, son también de aplicación en el caso de las celosías de madera. Así los ejes de las barras han de cruzarse en un punto, para evitar excentricidades en la transmisión de los axiales, y la carga de las correas esmejor aplicarla directamente sobre los nudos entre barras, para evitar que segeneren flectores en los pares.

Los condicionantes para el dimensionado suelen ser: el pandeo de las barrascomprimidas, la transmisión de las tracciones en los enlaces, así como laconsideración de los deslizamientos de éstos enlaces en la evaluación de ladeformación. La deformación teórica de estas estructuras de gran canto,acostumbra a ser de pequeña cuantía, pero las reales son algo mayores,debido al deslizamiento de las clavijas de los nudos en la madera.

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5.5 Barras apuntaladas tri-articuladas

Este sistema se conforma a partir del apoyo mutuo de dos barras apuntaladas

entre sí, en general con una importante pendiente en las vertientes. Es habitualque se articulen en sus arranques, y también en la clave.

Este tipo estructural permite cubrir luces importantes, hasta unos 40 m, enfunción de la altura que tome la estructura. La relación entre la luz y la altura esfundamental para evaluar los esfuerzos de flexo compresión y los empujes oreacciones en los arranques. Cuanta más pendiente tenga la estructura, estarámás solicitada a esfuerzos axiales y menos a flectores, y a la inversa. Al mismotiempo, cuanta menos pendiente tenga la estructura, mayores serán lasreacciones horizontales y a la inversa.

Es un tipo apto para edificaciones que tomen altura, así dominará lacompresión sobre el momento, y donde haya posibilidades de recoger losempujes, sin sufrir deslizamientos en los apoyos. Por ello ha de pensarse enllevarlos contra el terreno, o contra unos contrafuertes resistentes, e inclusoincluir un tirante postensado, enterrado a cota de solera, uniendo las dosarticulaciones de arranque, evitando los desplazamientos de las bases yaumentando la verticalidad de las reacciones. También la rigidización del nudode la clave reduce las reacciones horizontales.

Una variante de este tipo, es la que eleva el tirante hasta una altura indistinta,en el interior de la nave, lo que provoca cambios en la distribución de losflectores en las dos barras de cubierta y reduce la componente horizontal delas reacciones.

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5.6 Pórticos bi o tri-articulados

Consideramos un pórtico, a la estructura formada por dos o tres barras, de

diferentes características y tipos de unión entre sí, que cierran un espacio, engeneral con pendientes de cubierta bajas. Las posibilidades de cubrir espaciosvarían en función de los enlaces, oscilando entre los 20 y 50 m, según elnúmero de articulaciones y el modo de rigidizar los nudos. El mayor rango deluz se consigue con la continuidad de las láminas curvadas.

En el caso bi-articulado, tendremos una estructura hiperestática, más sensiblea los asientos diferenciales y, según las dimensiones de las barras, conposibles dificultades de transporte. Contrariamente, en el caso tri-articulado, laestructura será isostática, más adaptable a diferentes comportamientos delsuelo, y con piezas más cortas que pueden montarse en obra.

Dada la dificultad para constituir empotramientos en la cimentación, seacostumbra a dar prioridad a las articulaciones en éstos puntos. El pórtico vatomando forma en función de éstas decisiones, y la ubicación o no de la terceraarticulación, junto con el modo de diseñar los nudos rígidos.

Éstos nudos rígidos han de ser capaces de transmitir cualquier tipo deesfuerzo. Pueden constituirse por continuidad de las mismas lamas curvas, opor la unión lateral de las piezas a través de una corona de pernos, o por elenlace por las testas de las piezas, con uniones dentadas o con barrascorrugadas dobladas y pasadores anclados con resina.

Algunas de estas soluciones para rigidizar un enlace, tienen limitacionesgeométricas. Por ejemplo en la curvatura de las lamas, que ha de tener unradio de alrededor de 200 veces el grueso de la lama, para evitar excesivastensiones inducidas en las lamas, por la propia flexión de fabricación. O en lacorona de pernos, donde las deformaciones higrotérmicas de la madera en elsentido transversal, impiden diseñar coronas de 0,80 a un metro de diámetroaproximadamente.

Este tipo estructural tiene sus comprobaciones generales y las propias de los

puntos singulares, como las concentraciones de tensiones en los bordescóncavos de las zonas curvas, junto con las tensiones inducidas de lafabricación. O la tendencia al despegue de las láminas en los bordes convexos,limitada si se dispone de un elemento continuo de acabado, como cinturón.

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5.7 Arcos bi o tri-articulados

Es con este tipo estructural con el que podemos llegar a luces más grandes,unos 100 m, con el tipo de alma llena y todavía mayores con arcos de celosía

triangulada.

En este caso interviene el mecanismo resistente de la “forma” y, dependiendode su trazado, tiene un comportamiento donde dominan claramente losesfuerzos de compresión, por encima de la flexión. Por ejemplo, para unacarga uniformemente distribuida en proyección horizontal, el trazado parabólicoes el que produce un comportamiento de axial más puro; para la acción delpeso propio será el trazado en catenaria. En cualquier caso, como la simetríade cargas no se produce siempre, también habrán de evaluarse las flexionespor fuerzas laterales de viento o por el posible asentamiento de apoyos, etc.

Las reacciones inclinadas, con su componente de empuje horizontal, volverána ser determinantes en esta tipología, como lo fueron en el caso estudiado delas barras apuntaladas, para diseñar las articulaciones y su relación con elterreno, con contrafuertes o tirantes. La intensidad del empuje seráinversamente proporcional a la altura o flecha desde la clave hasta la línea dearranque. Esta relación es aceptable si el arco se eleva hasta un 1/5 de la luz,para arcos más rebajados ya no puede soslayarse la consideración de ladeformación axial del arco, fuertemente comprimido.

El axil es casi constante a lo largo de su directriz y los momentos máximos sepresentan entre 1/4 y 1/5 de la luz hasta la clave, según se trate de arcos bi otri-articulados.

Como en todo elemento solicitado a esfuerzo de compresión, tendremos queconsiderar las inestabilidades por pandeo, que puede ser lateral o producirseen el mismo plano vertical del arco. Lateralmente trabajaremos con laestructura secundaria de correas, de forma que éstas se constituyan en apoyoselásticos en la estructura de arriostramiento. En el plano principal, esrecomendable mantenerse en esbelteces no mayores a Omec.=120.

Para la elección entre bi o tri-articulación, volveremos a decidir de acuerdo con

las mismas posibilidades enunciadas en el apartado anterior, referidas a lospórticos.

En presencia de momentos flectores y curvas, volveremos a comprobar lastensiones de tracción perpendiculares a las fibras.

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5.8 Mallas Espaciales

Con el cruce, en un mínimo de dos direcciones, de vigas de rigidez parecida seproduce el inicio del trabajo conjunto entre ellas y un mejor reparto de los

esfuerzos. Las proporciones entre estos esfuerzos se producirán en función delas inercias y luces de las piezas, siendo más uniformes, cuanto más igualesentre sí sean estos parámetros. Se dice que una estructura bidireccional tieneun mejor comportamiento que una unidireccional, hasta una proporción límiteen planta de L x 2L, donde las reacciones, por ejemplo, ya varian de 1 a 8, enlos extremos cortos a los largos, perdiéndose el modo óptimo de trabajobidireccional.

Esta transmisión biaxial se produce por la rigidez de las uniones, en losencuentros entre las barras. Variando desde igualar solamente la deformaciónen el punto de cruce, hasta la redistribución de las flexiones por la rigidez a

torsión de los nudos, al ser equivalente a un empotramiento en el espacio yreducir así la flexión de las barras transversales. Es una estructura altamentehiperestàtica, donde cada encuentro es un nudo rígido.

En el caso de vigas de alma llena cruzadas, las uniones tienen alta dificultad ycoste. Dada la tendencia a la relajación de los enlaces del tipo clavija, puedepresentarse una excesiva flexibilidad de la solución y por tanto un trabajomenos bi direccional de lo esperado. Es por ello que en ocasiones se trata defalsas mallas, ya que sólo es continua una familia de barras y la otra son piezasde relleno.

El ángulo en planta en que se cruzan habitualmente las dos direcciones debarras es el de 90º, pero para una planta alargada resulta más beneficioso, enel reparto de esfuerzos, hacerlo a 45º, y para plantas poligonales puedendiseñarse cruces de barras a 60º, etc.

Estas redes también pueden solucionarse como cruces de celosías espacialesde barras, con nudos prefabricados metálicos aptos para recibir barras encualquier ángulo y transmitir esfuerzos entre ellos.

Los tipos de mallas de madera de pequeña escuadría y cables de acero

tensados, presentan una adecuada correspondencia entre el material y el tipo.Basan la forma que toman en el deslizamiento de los nudos y en ladeformación de la superficie. Por su poca rigidez, se adecuan a las variacionesde carga, con notables variaciones de forma. Adaptan su necesario equilibrio alos esfuerzos internos. No hacen uso de su resistencia tangencial y losesfuerzos flectores locales son casi inexistentes.

En estos tipos es necesario evitar vibraciones, a partir de un trazado en doblecurvatura y con la adición de esfuerzos activos de pretensado a través de loscables.

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5.10 Laminas Cilíndricas

Es otra tipo estructural que intenta aprovechar los recursos de las estructurasespaciales, con un claro “comportamiento de membrana”, minimizando lasacciones flectoras y tratando de distribuir las tensiones lo más uniforme posible

por toda la sección. Pueden llegar a los 35 m de luz.

En este caso están formadas por escuadrias longitudinales rectas y continuas,trabadas con piezas transversales cortas y siguiendo la curva. A esteentramado de madera aserrada o laminada encolada, según la luz y curvatura,se le clavan dos capas de tableros contrachapados a rompejuntas. Sonimportantes las uniones de continuidad de las piezas longitudinales y tambiénde las transversales en ambos testeros, ya que los tímpanos han de ser rígidos. Los empujes laterales, de una o varias láminas agrupadas, han deequilibrarse, sin perder las condiciones de borde para que sigan funcionandocomo membranas.

De forma simplificada, da resultados aceptables la doble comprobación: como“vigas” longitudinales, apoyadas en los tímpanos, y como “arcos” transversalesempotrados elásticamente en los arranques longitudinales de la superficiecilíndrica.

Las proporciones adecuadas en sección, son fundamentales para que elconjunto trabaje como esperamos. La relación entre la luz longitudinal quesalva y el radio de curvatura acostumbra a estar alrededor del factor 2,5. Laanchura de cada módulo de lámina puede tomarse cómo 1/5 de la luz.

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5.11 Sistemas de Estabilidad General

Además de las comprobaciones de resistencia y de rigidez, conconsideraciones de estabilidad local de las piezas, también hemos de prever los criterios de estabilidad general del conjunto.

Los tipos estructurales de gran luz acostumbran a ser exteriormente isotáticos.Estos vínculos y su propia rigidez han de asegurar una deformación admisibleen el propio plano, en general el de las cargas gravitatorias, pero también encualquier otro plano susceptible de deformarse, por acciones horizontalescomo el viento o el sismo, o por la excentricidad de una carga gravitatoria, por ejemplo.

El análisis puede hacerse por partes:

Transversalmente, en la dirección de la estructura principal, a partir de sus

enlaces.

Longitudinalmente, a partir de sistema de arriostramiento añadido.

Globalmente, pueden considerarse las dos estabilizaciones a la vez, en el casode estructuras con simetría cerrada de forma.

Según las características de los mecanismos de rigidización los podemosagrupar en:

Planos de Barras Trianguladas, que son geométricamente indeformables,formados por algunas de las piezas de la estructura principal, las correassecundarias y nuevas diagonales traccionadas o comprimidas, según sea elsentido de las fuerzas a estabilizar.

Planos Continuos muy rígidos, indeformables por la continuidad del material enel propio plano, formando “diafragmas”. Como, por ejemplo: los tableroscontrachapados o de OSB, o las latas clavadas adaptándose a la forma,aunque con menor eficacia.

Planos de Barras Rígidas, indeformables por la rigidez de sus enlaces,

formados por las mismas piezas del caso anterior, pero sin las diagonales quetriangulan. La dificultad de conseguir nudos rígidos con madera, hace que seapoco usual éste sistema.

Según su situación en la estructura, las podemos clasificar en :

Arriostramiento en el “Plano de Cubierta”, que pueden localizarse en ambosextremos y además en los dos laterales de la planta. O extenderse a lo largode toda la cubierta, con intensidades variables a lo largo de su superficie.

Arriostramiento Vertical, que pueden localizarse en los laterales y además en

los testeros, o longitudinalmente en el interior, para evitar el vuelco y mantener

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la vertical de la estructura principal. Los testeros pueden ser macizos yestabilizar el conjunto.

Todo lo anteriormente relacionado produce el efecto deseado de estabilizar elconjunto, si existe posibilidad de continuidad del plano de cubierta.

El arriostramiento en el plano superior de cubierta colabora en el soportede parte de los esfuerzos en cubierta, producidos por la presión y succión delviento. Se diagonalizan los dos tramos extremos para evitar que las correas delresto de tramos centrales queden sometidas a compresión.

Previendo los dos posibles sentidos del viento, las diagonales también sondobles, en X. Si se resuelven con elementos metálicos muy esbeltos, puedenconsiderarse en cada caso solamente los sometidos a tracción, despreciandolas comprimidas. Si son de madera pueden disponerse diagonales en V, por sucapacidad a compresión con pandeo, al ser menos esbeltas.

En las correas de estos tramos extremos, han de considerarse los efectos delpandeo, ya que algunas están comprimidas, al actuar como montantes deestas celosias extremas que se han organizado en el plano de cubierta.

Para completar el sistema, será importante transportar sus reacciones encabeza de pilares, hasta el plano del suelo. En general se hará a través de ladiagonalización de unos tramos verticales.

En el caso de longitudes en planta de más de 50 o 60 m, entre los tramosextremos diagonalizados, será necesario disponer otros de centrales, quedivida en más sectores la cubierta.

Acompañando a los sistemas de traba de ambos extremos, pueden disponersearriostramientos laterales en cubierta, a lo largo de las fachadas longitudinales.Recogerán los esfuerzos que llegan sobre los soportes centrales, rozando lasfachadas, y que podrían descuadrar los tramos de correas intermedias. Seránmás necesarios, cuanto mayor sea la longitud de dichas fachadas.

Los sistemas de arriostramiento completos, de toda la cubierta, acostumbran aimplicar mayor número de soportes perimetrales en la estabilización y van

dibujando en el plano de cubierta una planta de canto variable o parabólica,con diagonales de “igual resistencia”.

La trabazón vertical de las propias fachadas longitudinales, actúaconjuntamente con la necesidad de diagonalizar, o alternativamente rigidizar los nudos, de un tramo vertical en cada fachada, para recoger las reaccionesde las celosías de cubierta.

Esta traba también puede lograrse mediante el macizado de alguno de lostramos, de modo que pueda considerarse la formación interna de una biela de

compresión que transmita las reacciones al suelo.

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Las trabas verticales interiores, son necesarias para evitar el giro transversaly el posible vuelco de soluciones aligeradas y esbeltas de celosías de pocarigidez lateral. Ello se puede producir aunque tengan los extremos sujetos yformen parte del sistema general, entre las dos tramos de traba extremos.

Para luces superiores a los 25 m se disponen, en zonas centrales, diagonalesverticales perpendiculares a las celosias. No se colocaran cordones inferiorespara evitar que la estructura, al entrar en carga, actúe indiscriminada ybidireccionalmente, pues es preferible separar el sistema resistente del dearriostramiento.

Arriostramientos en diferentes planos. Es el que ha de formarse cuando laforma de la cubierta no permite la formación de un plano continuo a nivel de loscordones superiores, en general de los comprimidos.

Esta es la situación que se presenta en las cubiertas en “diente de sierra”, por

ejemplo, donde es necesario arriostrar cada vertiente con independencia de lasdemás. También en las cubiertas resueltas en cuelgue del cordón traccionado,quedando el cordón superior comprimido, libre y sin arriostramiento, por lo quehabrá de considerarse esta circunstancia en su diseño y cálculo.

La consideración de los Diafragmas de Cubierta, trata de movilizar eltablero de la cubierta y las correas de soporte, así como algunos elementos dela estructura principal, como si constituyeran una viga de gran canto, frente alas fuerzas horizontales de viento o de cualquier inestabilidad lateral, paramantener estable el conjunto.

Los tableros a utilizar han de tener capacidad resistente, del tipo de virutasorientadas OSB 3 o 4, o mejor contrachapado. Se dispondrán al tresbolillo,perpendiculares a las correas o a la estructura principal, y densamenteclavados. Se utilizarán clavos corrugados o tornillos, colocados cada 15 cm enlos extremos y cada 30 cm en los apoyos centrales, empotrados 8 diámetros.En caso de que se produzcan juntas entre tableros fuera de un apoyo, sereforzará la unión con un cubrejuntas clavado o machihembrando y encolandola junta, ya que el colapso del diafragma suele producirse por los medios deunión, antes que por los propios tableros.

Geométricamente se fija el canto eficaz “b” del diafragma entre 1/6 y ½ de laluz de la estructura principal a estabilizar. En las piezas de borde largo, seproducirán axiales de compresión y tracción, equivalentes al momento flector producido por las fuerzas horizontales dividido por el canto “b” del diafragma,que pueden absorberse por zonas de la propia estructura principal o mejor por piezas independientes, especialmente para este fin. El cortante habrá deabsorberse por el área lateral, del borde corto, formada por el espesor deltablero y el canto eficaz “b”.

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Sistemas de estabilización “general” y la estabilidad “local”: Su relación.

Dado la viga isostática de L = 28 m, situada cada 6 m, de sección de 18,5 x170 cm, con madera laminada encolada GL-24h, y para un estado de cargascomo sigue:

Peso própio estruc. 30 kg/m2

Material cobertura 15Sob. Mant.+ nieve 50Instalaciones 5 ________________________ Total 100 kg/m2 = Q/m2

Comprobar la tensión de flexión y evaluar la necesidad de una estructura detrabazón y sus diferentes posibilidades.

Q/m = 0,1 T/m2 x 6m = 0,6 T/m2

M+ total = (0,6 x 28 ) / 8 = 58,80 m·T

Consideración del vuelco:Para calcular la Lef. tomamos Ev = 0,95, según las tablas, para una cargauniformemente distribuida. Lef.= 28 m x 0,95 = 26,6 m .

La esbeltez geométrica será: Ce = b /h×Lef = 185,0 /70,1×6,26 = 36,65

En las tablas, del método simplificado a vuelco, en función del tipo de material yesta esbeltez, encontramos el valor del coeficiente Kcrit., que reduce la tensión.

Kcrit = 0,2335, que al ser menor a 1 minorará la tensión comparativa:

Fm,y,d = 0.8 x 240/1,25 = 153,6 kp/cm2

Considerando un Kmod de 0,8, al comprobar una Combinada II, con nieve demedia duración.

Fm,y,d, con vuelco = 153,6 x 0,2335 = 35,86 kp/cm2 de tensión comparativa.

Veamos, para esta Comb. II de esfuerzos con JF de 1,35 x 50 kp/m2 y1,5 x 50 kp/m2, ó lo que es lo mismo un JF promedio de 1,425, cual es latensión obtenida, siendo 89.108 cm3 , el módulo resistente W de la secciónrespecto al eje y: Wy = 2 Iy / h = bh2 / 6

V m,y,d = (58,8 x 1,425 x 10 ) / 89.108 = 94,03 kp/cm2 ! 34,48 kp/cm2

Como vemos, superamos ampliamente la tensión comparativa, por lo quedeberemos considerar una disposición constructiva, que evite una

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Lef. = 26,6 m, mediante la implicación de la estructura secundaria de correas,como elementos estabilizadores frente al vuelco lateral de la viga flexionada.

Según la planta adjunta, disponemos de 9 vigas, asociadas y ligadas a dossistemas estabilizadores extremos.

La estructura secundaria está formada también por 9 correas, cada 3,5 mLos dos vanos extremos, se triangulan cada dos correas, como sistema detrabazón general, de modo que pueden considerarse como fijos puntos, cada7 m, que actúan como apoyos elásticos laterales para la viga.

En esta nueva situación:

Lef.= Ev · L = 1 x 7 = 7 m

Ce = 2185,0 /70,1×7 = 18,65

Según tablas: Kcrit = 0,75

Por lo que la tensión comparativa, con la consideración de vuelco, será:F m,y,d = 0,8 x 0,75 x 240/1,25 = 115,20 kp/cm2

Recordemos que Vm,y,d = 94,03 kp/cm2, por lo que el índice es correcto:i = 94,03 / 115,2 = 0,816 1

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6.- PATOLOGÍAS, DIAGNOSIS Y CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL

6.1 Durabilidad y Clases de Riesgo

La durabilidad de la madera es elevada en condiciones ambientales que lesean soportables. En relación con otros materiales tienen un buencomportamiento, sin embargo, en condiciones que le sean adversas sufre unrápido deterioro. En general, puede decirse que una mala respuesta delmaterial está relacionada con el aumento del grado de humedad y sus cicloshúmedo - seco.

La durabilidad es variable según la especie; por ejemplo la encina , el roble y elhaya son durables. También puede influir el momento del talado y el modo desecado, o si se trata de una escuadría del duramen o de la albura.

Se utiliza el sistema de clasificación de riesgo biológico, según la situación dela madera en servicio, denominado de las “clases de riesgo”, basado en lasnormas europeas.

La asignación a estas clases, se hace en función del diseño constructivo. Losaleros, las protecciones, su elevación respecto del suelo, las ventilaciones,etc... para evitar exposiciones, contactos, condensaciones, etc... Son medidaspasivas que pueden incidir en la consideración de una u otra clase de riesgo.

CLASE RIESGO 1:

Pieza de madera protegida bajo cubierta, con contenido de humedadhigroscópica en servicio inferior al 20%. Con este porcentaje no existe riego deataque de hongos. Puede ser atacada por insectos. Como ejemplo: lasestructuras vistas de polideportivos.

CLASE RIESGO 2:

Pieza protegida pero que puede alcanzar una humedad higroscópicasuperior al 20% en algún momento. En este caso aumenta el riesgo de ataquede hongos. Suelen clasificarse así elementos de cubierta ocultos o cercanos adesagües, o en ambiente de piscinas cubiertas.

CLASE RIESGO 3:

Se da en piezas a la intemperie y no protegidas con un porcentaje dehumedad mayor del 20 %, aunque sin contacto directo con el suelo. Tienenriesgo de ataques más acentuados. Son piezas exteriores como pasarelas,pérgolas, etc...

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CLASE RIESGO 4 :

La pieza toma contacto con el suelo o con agua dulce, superando siempreel 20% de contenido de humedad. El riesgo de ataques y podredumbres esalto. Son postes hincados en el suelo, etc.

CLASE RIESGO 5:

Si el contacto es con agua salada. Adquiere, además, el riesgo de ser atacado por los organismos xilófagos de mar, moluscos y crustáceos.

6.2 Agentes Destructores Bióticos y Abióticos

Relacionemos, a continuación, los agentes que pueden atacar la madera para

poder detectarlos con mayor facilidad. Pueden ser de origen biótico (hongos einsectos) y abiótico (radiación solar, fuego y lluvia); por ejemplo: la maderasufre fotodegradación debido a los rayos ultravioletas, que la decoloran aldegradar la lignina.

Hongos cromógenos:

Estos hongos se alimentan de las substancias de reserva de la maderasin afectar a su estructura. Para que éstos entren en acción el contenido dehumedad en la madera ha de ser superior al 20 %. No producen una reducciónsignificativa de la resistencia estructural de la madera, pero si que producencambios de coloración, tomando la madera tonos agrisados y azulados.

Hongos de pudrición:

Se alimentan de la celulosa o de la lignina, por lo que se denominanxilófagos. Para que entren en acción es necesario un contenido de humedadpor encima del 20%. Destruyen la estructura de la madera y reducen de formaimportante su resistencia.

-Pudrición parda o cúbica: Es la más común, destruye la celulosa blanca y deja

la lignina de color terroso, que se convierte al presionarla en polvo. Transformala madera en tonos marrón oscuro y la cuartea cúbicamente.

-Pudrición blanca o fibrosa: Se alimenta de la lignina y no ataca fuertemente lacelulosa. La madera se vuelve blanquecina y fibrosa, desmembrándose.

-Pudrición blanda o esponjosa: Ataca la celulosa. Afectando a maderas conun alto porcentaje de humedad, estas maderas se ablandan. Suele atacar apiezas en contacto con el suelo.

Estas pudriciones, suelen producirse en piezas apoyadas en muros o pilares

embebidos, con exceso de humedad, producida por escapes o retenciones de

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agua, o por capilaridad. Puede mejorarse el comportamiento de la maderaaumentando su ventilación.

Insectos de ciclo larvario:

Son insectos coleópteros, que producen daños en la madera en su fase delarvaria. Se alimentan de la madera, creando las larvas galerías paralelas a lasfibras, y realizando orificios de salida, tras su periodo de pupación, en el que setransforman en insectos adultos. El proceso puede repetirse variasgeneraciones, en algunas especies sin tanta dependencia de la humedad, adiferencia de los hongos, de la que son más dependientes.

- Polilla (Lictidos): Ataca a maderas de frondosas. Hacen orificios de salida

circulares de diámetro entre 1 y 2 mm. y excavan galerías, produciendo unserrín muy fino, tipo talco.

- Carcoma (Anobidos): Ataca tanto a maderas de frondosas como deconíferas. Se inicia en zonas húmedas y oscuras, a veces con pudricionesprevias. En su fase larvaria precisa un 60% de humedad en el aire. Los orificiosde salida son circulares y de diámetro entre 2 y 3 mm. Se detecta su presenciapor el serrín compacto que evacuan al exterior. Su ciclo de vida es de 3 años.

- Carcoma grande (Cerambícidos): Ataca la albura de las maderas deconíferas, y a la albura de alguna frondosa. Los orificios de salida son ovaladosy con unos 7 mm de diámetro mayor.

La superficie presenta algún abultamiento, ocultando galerías muy estriadas,llenas de un serrín muy compacto, con una alta afectación diaria. Tienen unciclo de vida de 7 a 10 años.

Insectos de tipo social.-

- Termita subterránea: Tienen su nido en la tierra y ascienden hasta la

madera, por galerías protegidas de la luz y confeccionadas con materialterroso amasado con sus secreciones. Generalmente atacan zonashúmedas y calientes, de madera de conífera y frondosa,preferentemente de la albura o, con pudrición previa, también delduramen. Se pueden apreciar, en algunos casos, las “chimeneas” oconductos de circulación sobre los muros, pero no existen orificios desalida en la madera. El serrín está oculto y es sucio y apelmazado contierra.

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6.3 Detección e Inspección de Lesiones

Se tratará normalmente de peritar el posible estado de ruina de unaconstrucción, evaluando el riesgo, justificar un apuntalamiento, o incluso laevacuación de un edificio.

Otros tipo de inspecciones rutinarias de mantenimiento o motivadas por uncambio de uso de la estructura, que provoquen su refuerzo, pueden basarse encriterios y operaciones similares, aunque no se evalúan aquí.

Acompañando a la inspección visual se emplearán herramientas sencillas(martillos, espátulas, destornilladores, punzones), para determinar laprofundidad del ataque. Se rascará la superficie, extraerán muestras para suidentificación, y se datará su humedad mediante un higrómetro.

Ha de poder accederse con facilidad, extrayendo los falsos techos, e iluminar

los lugares a inspeccionar.

Tocar la madera, para conocer la consistencia, y el modo en que se produce larotura superficial de fibras.

Oler, por si podemos localizar podredumbres y los focos húmedos.

Observar manchas, desprendimientos de pintura, oxidación de metales.

Se evaluará la resistencia y el sonido al realizar percusiones y punzonamientoscon las herramientas. Controlándose las virutas por medio de los taladros y lasmuestras profundas de unos 5 mm de I.

Pondremos atención a las singularidades o defectos, como los grandes nudos ylas fendas acentuadas, pudiendo explorarse su profundidad y trayectoria,introduciendo elementos de acero finos y flexibles, (galgas).

Como hemos mencionado buscaremos la continuidad de los caminos deacceso o los “conductos” de termitas a la vista.

La inspección de la construcción ha de empezar por las zonas de mayor riesgo, donde es probable encontrar mayores daños de origen biótico, y ha deabarcar del orden de un 20% del total de las unidades, concentradasmayoritariamente en estas zonas:

- Zonas próximas a fuentes de humedad y/o poco ventiladas.

- Piezas cercanas al suelo (arranque de pilares, vigas de forjados en plantabaja...) donde existe el riesgo de pudrición por humedad de capilaridad.

- Apoyo de piezas de madera en muros exteriores de fachadas y patios

(viguetas de forjado, pares y tirantes de cerchas...)

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- Piezas con apoyos orientados a “Norte”, o próximos a canales, cornisas,balcones, salientes horizontales que puedan retener el agua.

En estos casos, al existir fuentes de humedad, el principal riesgo es por pudrición y por termitas.

- Zonas cercanas al paso de instalaciones de fontanería. Frecuentementeexisten soluciones defectuosas de saneamiento y ventilación,permitiendo la aparición de condensaciones o fugas de agua queempapan muros y forjados. Dichas humedades permiten la aparición dehongos de pudrición pudiendo, a la vez, favorecer el avance de lastermitas.

- Dinteles fisurados, que ofrecen pasos abiertos al agua y refugio a losinsectos.

- Estructuras de las cubiertas, principalmente en los puntos con filtracionesy goteras, o cámaras poco ventiladas.

- Las piezas resueltas con madera de peor calidad, como algunascarpinterías o correas, latas y rastreles.

- Las fendas, rugosidades, recovecos de la madera, etc.. Donde losinsectos tienen facilidad para instalarse y depositar sus huevos.

En las piezas a flexión, la “deformación” excesiva es la señal inequívoca dealguna situación anómala. En la madera, no suelen darse colapsos súbitos, ypor ello pueden detectarse éstos avisos previamente. Por ejemplo en vertientesde cubierta que se aprecian deprimidas desde el exterior.

En el caso de forjados leñosos, en fincas de vecinos, la problemática sepresenta al variar o eliminar la distribución de los tabiques de una planta, quehan estado actuando como apoyos auxiliares del forjado de viguetas demadera. Se acumulan las cargas de las plantas superiores y se evidenciaentonces la deformación real, con lesiones en pavimentos, falsos techos ytabiques superiores.

En ocasiones actuaciones posteriores a la deformación inicial, acentúan elproceso, como en las sucesivas nivelaciones de pavimento, en un forjadopreviamente deformado, cargándolo de peso muerto y agravando ladeformación por la fluencia propia de la madera.

El análisis “resistente”, nos lleva a controlar las roturas de las piezas,localizadas, en general, donde se acentúan los defectos o singularidades,como son los nudos, las fendas y los cambios de dirección de las fibras.También en los puntos débiles que constituyen los enlaces entre las barras.Los refuerzos añadidos, en anteriores ocasiones, pueden haber cambiado elcomportamiento estructural, aumentando los esfuerzos en algún punto y

concentrando tensiones, fundamentalmente al utilizar materiales de muydiferente módulo elástico a la madera original.

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6.4 Actuaciones Correctoras

La medida más importante es la corrección de los defectos constructivos quehan originado los daños. Estas medidas correctoras pasivas también lasusaríamos, de forma preventiva, si las lesiones no se han iniciado, o son

todavía incipientes.En las medidas correctoras de índole química se distinguen tres modos deactuación, según sea el origen del daño:

A) Contra los ataques por hongos de pudrición: Después de eliminar la fuentede humedad que ha permitido el desarrollo de los hongos, asegurándose queel contenido de humedad de la madera no supere el 20%, se limpiarán yeliminarán los restos de madera afectada, sustituyéndola por una de similar oconsolidándola con productos adecuados, según el grado de su deterioro.El tratamiento químico suele consistir en la inyección en la madera y/o en lapulverización de productos químicos fungicidas.

B)_Contra los ataques de insectos de ciclo larvario: Se limpiarán las zonasdegradadas y posteriormente pulverizaremos con un producto insecticida,asegurándonos de que el producto a aplicar impregne adecuadamente laszonas degradadas. Esta pulverización supone únicamente una protección detipo superficial, pero no la eliminación de las larvas que puedan encontrarse ensu interior. Así, deberemos inyectar, además, un producto a presión por taladros, hasta el interior de la madera.

C) Contra los ataques de termitas: Después de suprimir las fuentes dehumedad y evitar el contacto y la cercanía de la madera con el suelo, seeliminará la madera atacada.

El tratamiento químico, consiste en :- Pulverización e inyección de productos químicos, por perforaciones de 6 a 8mm, cada 30 cm, en el ¼ superior de la altura.- Barreras químicas en los muros, sobre los que se apoyan las piezas demadera, con perforaciones de 20 mm, intentando impedir el acceso de lastermitas a las vigas.- Barreras químicas en el suelo, rodeando en forma de anillo a 20 cm, losarranques de los muros, con perforaciones de 20 mm, evitando su acceso

desde el terreno.Otros sistemas detectan, con aparatos de escucha, si hay actividad de losinsectos, por las vibraciones. Una vez conocidos sus recorridos, se disponencebos de celulosa impregnada con un producto químico que inhibe la formaciónde la quitina, que producen una eliminación lenta y selectiva de los insectos.Este sistema tiene ventajas medioambientales, al no precisar la impregnaciónde la madera ni otras partes de la obra, pero no asegura la protección para unposible ataque futuro, por lo que ha de mantenerse la madera seca.

En obra nueva pueden usarse barreras físicas a base de una capa de

partículas graníticas o mallas de acero superfinas, también disponiendopolietilenos o poliuretanos con biocidas.

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6.5 Evaluación de la capacidad de carga

El determinar la capacidad portante de la estructura existente o residual, sueleser el punto de más difícil resolución.

Un buen levantamiento de la estructura, con los detalles de apoyos y enlaces,ayudará a adecuar los cálculos a la realidad constructiva, en cuanto a la rigidezo deslizamiento del sistema.

El desconocimiento exacto de la reducción de la capacidad mecánicaproducida por los ataques bióticos, es otra incógnita. Puede concentrarse enlos apoyos extremos, húmedos, o a lo largo de la pieza al destruirse la albura,más blanda que el duramen.

En definitiva, necesitamos conocer el esquema de funcionamiento, lassecciones residuales y asignar una “clase resistente” a una madera que puede

llegar a estar parcialmente oculta.

Esta asignación puede estimarse con ultrasonidos, averiguando el móduloelástico dinámico, si se conoce la densidad media de la madera.Las especies más utilizadas, son en general, roble, haya, olmo o castaño paralas frondosas y pino silvestre, pinaster o laricio, para las coníferas. En el casode las coníferas, sus propiedades resistentes no varían mucho para una mismacalidad. Por ello es más importante determinar la calidad que la especie.

La calidad se fijará a partir de una inspección visual, basándose en la normaUNE 56544. Dicha calidad corresponderá a una “clase resistente”, con susrespectivas capacidades mecánicas tabuladas.

La norma UNE no esta pensada para madera antigua y colocada en obra, por lo que, para grandes escuadrias, la medición de sus singularidades o defectosnos puede llevar a una infravaloración de su calidad o a una lectura incompleta,al quedar partes ocultas. También suelen existir divergencias entre las piezas,por lo que hemos de clasificar a partir de las más representativas.

El criterio de los nudos, es el más relevante, junto con la desviación de la fibra.La siguiente asignación es orientativa y para madera de gran escuadría. Ha

sido realizada a partir de una campaña de ensayos de vigas antiguas y usadas:

Para coníferas : calidad ME-G .......................clase resistente C-16 C-18

Para frondosas: .............................................clase resistente D-30

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6.6 Reparación y Consolidación Estructural

Una vez intervenidas las causas que han originado las lesiones:

- Eliminando humedades.

- Mejorando el diseño constructivo.-Tratando y protegiendo químicamente.- Racionalizando las cargas y los usos.

Actuaremos consolidando o reforzando las zonas con lesiones, eligiendoel modo que mejor responda a la estructura original, variandomínimamente su forma de trabajo e introduciendo pocos materiales oelementos nuevos. A modo de orientación describimos varios:

-Inyectar con resinas, acrílicas o epoxídicas, de baja viscosidad paracolmatar las galerías abiertas por insectos xilófagos. En general se

aplican para consolidación no estructural.

Se realiza a presión, desde boquillas, aunque no hay una total seguridadde que quede completamente rellena la pieza. Se utilizan formulacionesespeciales que al endurecer no producen tensiones internas.

- Prótesis de madera, encoladas y ensambladas, preferentemente delmismo tipo y mejor obtenida de otras partes del mismo edificio, despuésde sanear hasta llegar a las fibras no dañadas.

- Morteros de resina epoxi, utilizados para completar zonas degradadasy eliminadas. Conectadas con resinas epoxi a la madera sana, mediantearmados con barras de fibra de vidrio y resina de poliéster.

En los casos en que se produce una manipulación de la pieza, quecomporta una eliminación importante de material, deben iniciarse lasoperaciones por la descarga y el apeo preventivo de la zona afectada.

-Reducción de luz libre por cambios en los apoyos. Al ser éstos la zonamás atacable por humedades e insectos, puede ser suficiente surefuerzo, para aliviar considerablemente el conjunto. Así mediante

ménsulas o tornapuntas o empotrando piezas de acero o mediante unaviga adosada al muro se mejoran las condiciones de apoyo.

-Adición de losa hormigón constituyendo una sección mixta. Se consigueun considerable aumento de rigidez del techo, de monolitismo frente afuerzas horizontales y de capacidad a flexión.

Después de la extracción del pavimento y del vaciado de otrosmateriales de relleno, se arma una losa, conectada necesariamente a lasvigas y a los muros de apoyo. Si hay posibilidad, mejor apuntalar previamente para recuperar algo la deformación existente de la madera

y soportar la carga añadida del hormigón fresco y la sobrecarga deconstrucción (50 kg/m2), antes del trabajo efectivo como viga mixta.

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6.7 Estructuras Mixtas de Madera-Hormigón

Solución que puede ser utilizada en el caso de una obra nueva, aunquegeneralmente es un recurso interesante para obras de consolidación, paraevitar vibraciones o suplir degradaciones de la madera; y en obras de refuerzo,

para cambiar de uso.

Se trata de construir una sección mixta entre una escuadría de madera y unacapa continua de hormigón superior. Por este motivo es necesario unir las dospartes de la sección, de forma que trabajen conjuntamente como una secciónúnica. Se pueden utilizar diversos sistemas o tipos de conectador que puedenagruparse en dos gran apartados: Conectadores Continuos y ConectadoresPuntuales.

CONTÍNUOS:

a) Ranura en la madera y conexión por la adherencia del hormigón.b) Resaltes longitudinales en la madera y adherencia del hormigón y

tirafondos.c) Resaltes transversales en la madera y en cola de milano.d) Barra en zig-zag anclada.e) Chapa perforada o grecada. (Traliccio)

PUNTUALES:

a) Clavos o tornillos en seco. (SFS ws, Tecnaria)b) Barras ancladas con resina.c) Tubos dentados a presión y con pre perforación. (Sylvabat, Flap)d) Chapas dobladas, ancladas.e) Cilindros de hormigón empotrados en perforaciones de la madera.

El comportamiento a flexión de la sección conjunta de la madera y el hormigóndepende de la rigidez del conectador. Esta rigidez varía según los anteriorestipos utilizados y su relación con la madera y el hormigón.

Es habitual que los dos materiales estén en contacto y que el conectador estésolicitado a esfuerzo cortante-rasante. Si los conectadores están inclinados

entre 45 y 60º, trabajan también a esfuerzos axiales.En ocasiones han de mantenerse parte de los elementos existentes, entre lamadera y el hormigón, por ejemplo antiguos entablados, de manera que elhormigón añadido y la madera están separados por este grueso y elconectador trabaja a flexión, debido a ésta excentricidad, y a cortante. Éstaseparación entre ambos es también un recurso para mejorar la capacidad de lasección mixta, al aumentar su inercia. Un buen sistema es disponer unasplanchas de poliestireno como elemento separador y aligerante a la vez.

Como hemos visto será determinante, en el dimensionado de la sección mixta,

el factor K de rigidez del conector, que es indicativo de su flexibilidad. Ceccottiformula, para el caso de barras de acero perpendiculares al plano de contacto,

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este aspecto en Kser = 0,125·d·Em, siendo d (mm) el diámetro de la barra yEm (N/mm2) el módulo de elasticidad medio de la madera.

La conexión no puede considerarse totalmente rígida, al ser la madera unmaterial blando que sufre aplastamiento bajo la compresión debida a las

fuerzas rasantes, lo que equivale a un deslizamiento, que influye en ladistribución de las tensiones de flexión en la sección.

Las conexiones habitualmente realizadas son del tipo flexible. Se consideraque las secciones transversales se mantienen planas, antes y después dedeformarse por flexión el hormigón y la madera. La flecha de las dos partes dela sección mixta es la misma, y el comportamiento de la sección se consideraelástico-lineal.

La conexión entre las partes ha de ser “total”, si es necesario agotar la secciónbajo criterios de resistencia a flexión. En cambio la conexión puede ser

“parcial”, y admitir un cierto deslizamiento entre los dos materiales, si sólo hade garantizar su eficacia a efectos de deformación de la pieza, al aumentar considerablemente su rigidez.

Por las características del material madera, sensible a la fluencia bajo cargaspermanentes, no es adecuado aumentar de manera importante el peso propio.La chapa de hormigón introducida en la sección será de pequeño espesor yconfeccionado con árido ligero, pero de resistencia alta: fck 300 kg/cmÇ.

Se dispondrá un armado constructivo en esta capa, I5.5 10x10, paracontrarrestar sus efecto reológicos y repartir las cargas, a pesar de que no seconsidera en el cálculo.

Los conectadores mas utilizados hasta el momento, antes de la proliferación depatentes especificas, son los calificados como “conectadores flexibles ypuntuales”, formados por barras corrugadas de I 10,12,14 mm. Situados,según sea su tipo, cada 10 a 35 diámetros, en una perforación con un excesode 2 a 5 mm, rellena de resinas sintéticas.

El anclaje de las barras es de 15 a 18 I en el interior de la madera, y de 10 a12 I como pata horizontal en el interior del hormigón, para conseguir la

adherencia. Estas patas han de orientarse en dirección al apoyo que tenganmas próximo, excepto en el caso de los conectadores axiales que sedispondrán alternadamente, con el que trabaja a tracción ligeramente por encima del comprimido.

En el anexo “B” de Eurocodigo 5 se esboza un método y unas formulacionespara resolver “Vigas Compuestas con uniones mecánicas”, siendo el casotercero de la figura B,1 de esta publicación el que nos ocupa.

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La metodología será:

a) Comprobar el estado inicial, en cuanto a la tensión y deformación.

b) Comprobar el E.L.U. de la sección mixta, sin fluencia, basándose en

el mencionado anexo B, y comprobar los conectadores.c) Comprobar el E.L.U de la sección mixta, con fluencia, lo que provocauna cierta redistribución de tensiones: aumentando en la madera ydisminuyendo en el hormigón. Así suele disminuir la tensión en la madera respecto al estado inicial,en un 15% aproximadamente, para el ejemplo que se propone.

d) Comprobar el E.L.S. de la sección mixta. Suele conseguirse unareducción de flechas del orden del 50%, como en el caso propuesto.

6.8 Protección química preventiva

Los tratamientos de protección, y su eficacia, dependerán de la capacidad deabsorción y la profundidad de penetración en la madera de los productos detratamiento. Según la especie sea fácilmente impregnable (haya, algunospinos...) a muy difícilmente impregnable (abeto, cedro...), se clasificará en 4categorías. Estos tratamientos también pueden utilizarse de un modo curativo.

El tipo de protección puede ser “superficial”, “medio” o “profundo” según elgrado de penetración sea de hasta 3 mm, superior a 3 mm, o del 75 % delvolumen impregnable de la pieza respectivamente. Los sistemas másadecuados para cada caso son pulverizado, inmersión y la impregnación enautoclave (vacío-presión-vacío para CR 4-5) o (vacío-atmosférica-vacío paramenores CR).

Los productos protectores son substancias químicas del tipo; “saleshidrosolubles”, “productos hidrodispersables”, “con disolventes orgánicos” y“orgánicos naturales”.

Véase la norma UNE-EN 350-2 (Durabilidad e Impregnación) y las tablas 3.2 y3.4 del Código Técnico, para la elección del tipo de protección según las clasesde riesgo y de servicio, respectivamente, en la madera y los herrajes.

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7.- PIEZAS DE UNIÓN Y ENLACE

La elección del enlace es inseparable del tipo estructural, ya que sucomportamiento condicionará la distribución de los esfuerzos y la estabilidad

general del sistema.

Las uniones se encargan de transmitir los esfuerzos entre barras, como por ejemplo en el caso de las vigas de celosía; o de descargar la estructura en lossoportes, como los apoyos deslizantes, o las articulaciones, o losempotramientos; o de facilitar el transporte de piezas de considerablesdimensiones, gracias a las juntas de transporte, capaces de dividir la estructurapero también de dar continuidad a los esfuerzos.

Los enlaces los hemos de diseñar y comprobar desde varios puntos de vista:

Diseño Geométrico: Por cada sistema de unión, sea de clavija o de placa desuperficie, han de cumplirse las distancias mínimas entre los elementos queforman la unión y de éstos con respecto a los bordes de la pieza. Evitaremosasí los posibles fallos en bloque del enlace.

En el diseño de la unión debemos procurar no generar excentricidades.

Protección Pasiva: Según si la posición del enlace es interior o exterior,tendrán menor o mayor importancia estas consideraciones. Sin ningunaprotección constructiva, totalmente al exterior, la durabilidad queda máscomprometida y el enlace es uno de los puntos más sensibles de la estructura.Es entonces cuando toma relevancia que el diseño asegure la evacuación delagua y la ventilación de la madera, para evitar acumulaciones ycondensaciones. Por ello no ha de embeberse en la cerámica o el hormigón,por ejemplo.

En relación al fuego los enlaces también son puntos débiles de la estructura.Para mejorar su comportamiento es recomendable introducir totalmente loselementos metálicos en el interior de las escuadrias, quedando así protegidospor la propia madera.

Comportamiento Resistente General: Se favorecerán o evitarán losmovimientos, según el comportamiento óptimo de la estructura demande. Por ejemplo: Impedir el vuelco en los extremos de las vigas esbeltas con pilaresahorquillados. Garantizar el deslizamiento de los apoyos en el caso de vigascurvadas, para impedir su trabajo como arco y los consiguientes empujes.Evitar levantamientos no deseados de los apoyos deslizantes, por inversión deesfuerzos.

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Comprobación de Tensiones: Han de comprobarse las dos partes que formanla unión, en general los dos materiales: madera y acero.Se hará, recordando que la madera tiene poca resistencia a cortante, que lasresistencias a tensiones perpendiculares a las fibras son escasas,fundamentalmente a tracción (hienda), y la influencia de la dirección del

esfuerzo en relación a la dirección de las fibras.

Por parte del acero habrá dos comprobaciones importantes a realizar: elcortante de los elementos de unión tipo clavija y su flexión o momento plástico.

Comprobaciones de Deformaciones: Se considerará la influencia deldeslizamiento de los medios de unión Kser. y su flexibilidad al evaluar ladeformación de la estructura. Algunas uniones, incluso sometidas a pocoesfuerzo, tienen desplazamientos de un milímetro, por su propia naturaleza.

También son importantes los cambios de volumetría que sufre la madera por

cambios higrotérmicos, principalmente en sentido transversal. Por ello seutilizan recursos de diseño: como prever agujeros “colisos” o rasgados para elpaso de pasadores en las articulaciones, o limitar las dimensiones máximas,como en el caso del tamaño de los nudos rígidos con uniones por corona depernos.

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Medios de Unión

* Clavijas: Pernos y Pasadores: La problemática de estos tipos de uniones esla concentración de los esfuerzos, ya que trabaja muy poca sección de madera

alrededor de ellos. Para los pernos, que tienen cabeza y tuerca roscada, sepractica una perforación previa con un milímetro mayor al diámetro de juego.Los pasadores son lisos, sin cabeza, y entran a presión en la pre perforación.

* Conectores: La evolución actual de las llaves de madera-dura antiguas sonlos conectores. La carga se transmite por “aplastamiento” entre la madera y elconector. Se emplean para las mayores cargas, ya que reparten mucho mejor los esfuerzos y sus capacidades pueden asociarse, en algún caso, a losmedios del tipo clavija que les acompañen, constituyendo una unión mixta depernos y conectores del tipo dentado, pudiendo alcanzar asociados, si lacapacidad de trabajo de un perno es de 1, hasta 4 veces su valor. Son del tipo:

- “Conector dentado”: Son para uniones madera-madera. Tienen una o doscaras dentadas y disponen de una perforación central, por donde puedehacerse pasar un perno asociado. Se clavan por presión, en taller o en lapropia obra, en maderas de hasta 500 kg/m3 de densidad. Pueden ser dentadas con púas o con dientes troncocónicos más gruesos, y pueden ser desmontables los que tienen una sola cara dentada. Sus diámetros oscilan de38 a 165 mm (Bulldog), y de 50 a 115 mm (Geka), respectivamente.

- “Conector de Placa”: Se incrustan en la madera, en una perforación previa ytambién permiten el paso de un perno central para su fijación. Se puede utilizar tanto en uniones madera-madera, como en madera-acero. Permiten latransmisión de esfuerzos rasantes, en los planos de contacto con la madera.Su diámetro oscila de 65 a 190 mm.

- “Conector de Anillo”: Se introducen en surcos realizados en la madera. Sehacen partidos para adaptarse mejor a la unión de las dos maderas y a loscambios higrotérmicos. Se utilizan únicamente en uniones madera -madera. Sudiámetro oscila de 65 a 260 mm.

* “Placas de clavos”: Son chapas con clavos soldados o con dientesestampados o troquelados en ella, por una o las dos caras de la chapa, queevitan así la proliferación de clavos o tirafondos y distribuyen al máximo elesfuerzo. Son aptas para cargas bajas o medias y para piezas de madera conespesores no superiores a los 60 mm. (Twinaplate, Menig)

*Conectadores Encolados: Son cilindros de fundición modelada exteriormenteen forma de helicoide y con rosca interior. Su diseño es adecuado paradistribuir esfuerzos en una gran longitud de madera, al penetrar por la testa dela escuadría y coserse transversalmente a ella, con pasadores a través de las

muescas del cilindro y con inyección de resina. El interior roscado permite latransmisión axial de esfuerzos y la continuidad con otras piezas. (Berschte)

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7.3 Aproximación al Dimensionado

Con el objetivo de conocer el orden de magnitud de las capacidades portantesde los medios de fijación de tipo mecánico, como los clavos, los tirafondos, lospernos y los conectores; se dan los siguientes valores de cálculo y para un solo

plano de corte. Son valores aproximados, que se han calculado mediantesimplificaciones, para Clases de Servicio 1 o 2, para una duración permanentede las cargas, y con una Clase Resistente del material igual a C-18.Si se trata de casos de doble cortadura los valores serán dobles a losindicados.

- Clavos: Valores aplicables a clavos lisos con una resistencia mínima del aceroa tracción de 6000 kp/cm2.

I de 2,75 mm a 8 mm.Longitudes de 40 a 200 mm.

Separaciones, según croquis.

I Clavos en mm. Resistencia Rd en Kp3 394 645 946 127

- Tirafondos: Valores aplicables a tirafondos con una resistencia mínima delacero a tracción de 5500 kp/cm2. Por sus características, además de a cortetienen también resistencia a la extracción.

I de 6 mm a 20 mm.Longitudes de 25 a 300 mm.Separaciones como los clavos, según diámetros.

I Tirafondos en mm. Resistencia Rd en Kp3,45 324,88 745,59 1087,01 171

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Documentacion Estructuras Madera

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