LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION · madera como material resistente a cargas . 11/10/2016...

11/10/2016 INGENIERIA EN CONSTRUCCIÓN Universidad de Valparaíso

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LA MADERA

COMO MATERIAL DE

CONSTRUCCION


2

¡ La madera

viene de los

ÁRBOLES !


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Organismo vivo compuesto de células, su crecimiento y desarrollo depende de factores climáticos y del suelo


4

Sus propiedades son esencialmente variables por la existencia de:

Especies forestales distintas

Características de los suelos

Condiciones climatológicas

Manejo del bosque

Insectos xilófagos

Hongos de pudrición

Disposición celular

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Universidad de Valparaíso

5

001

001

001

002

002

002

002

002

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15-1

6

17-1

8

19-2

0

21-2

2

23-2

4

25-2

6

27-2

8-29

Gbp

c

EDAD CAMBIAL (años)

FIGURA 1. Variación radial del peso específico de la pared celular a la altura del Dap.



6

FIGURA 2.Variación en altura del peso específico de la pared celular a lo largo del fuste.



7

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28EDAD CAMBIAL (años)

1,459

1,4791,4961,512

1,5281,5431,561

1,571,595

1,611,629

FIGURA 3. Dispersión de mediciones del peso específico de la pared celular.



8

1,62 1,60 1,58 1,56 1,54

1020

3040

5060

7080

68

1012

1416

1820

2224

2628

1,54

1,56

1,58

1,60

1,62

1,64

FIGURA 4. Modelación del peso específico de la pared celular en dirección radial y a lo largo del fuste del árbol.


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LA MADERA ES UN MATERIAL ANISOTRÓPICO DE CARACTERÍSTICAS RESISTENTES MUY VARIABLES

Ataques de pestes e insectos


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21

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA MADERA COMO MATERIAL RESISTENTE A CARGAS


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Estructuras de madera

COMPOSICIÓN CELULAR

COMPORTAMIENTO ANISOTRÓPICO

CONTENIDO DE HUMEDAD

ESPECIES FORESTALES

VARIABILIDAD DEL COMPORTAMIENTO RESISTENTE DURACIÓN DE LAS

CARGAS TEMPERATURA TRATAMIENTOS

QUÍMICOS TRABAJO DE

CONJUNTO CALIDAD ESPECÍFICA


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Consideraciones de diseñoNch 1198 of2006

Maderas-uv.weebly.com


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1. Considerar todas las cargas y solicitacionesrazonablemente esperadas durante la construcción ysu uso.

2. Las tensiones de diseño y deformaciones admisiblesno deben ser superadas

3. Verificar todo elemento prefabricado aunque haya sidodiseñado por otro calculista.

4. Asegurar un diseño resistente y estable :a) Considerar la geometría de la estructurab) Estudiar y comprobar toda interacción y uniónc) Proporcionar elementos de arriostramiento o

diafragmas adecuados.


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Bases para el diseño de elementos de Madera Nch 1198 2006

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1. Las solicitaciones están de acuerdo con larealidad

2. La madera y los productos derivados de ellarepresentan las condiciones promedio de suespecie, tipo y clasificación.

3. Se consideran las condiciones de servicio yposibles deterioros y la corrosión en elementosmetálicos.

4. La temperatura de la madera no excede de50°C, y ocasionalmente no superior a 65°C. (verAnexo H)

5. El diseño es competente, existe buenafabricación y montaje, la clasificación einspección son confiables y el mantenimiento esnormal.


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Bases de diseño Contenido de humedad

Nch 1198 of2006

6. Los productos de madera son usados talcomo se clasificaron y fabricaron

7. La madera y sus derivados deben tener almomento de su utilización un contenido dehumedad igual al correspondiente a lahumedad de equilibrio del lugar en que ellaprestará servicio.

8. Cuando no se pueda cumplir lo anterior seguirel procedimiento normalizado que se indicará.Se excluyen de esta opción el Pino radiata yel Álamo.


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Bases de diseñoContenido de humedad

Nch 1198 of 2006

9. Obtener las humedades de equilibrio demaderas expuestas a la intemperie del anexoD, Tabla D.1 (pág.178)

10. Las humedades de equilibrio de las condicionesde servicio se pueden estimar de Tabla 1(Pág.42)

11. Las tensiones de trabajo se determinan con lasdimensiones de la sección transversal enfunción del contenido de humedad en elmomento de la construcción y puesta enservicio. Procedimiento de acuerdo a Tabla 2(pág.44).


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Tensiones admisibles yMódulo elásticoNch 1198 of2006

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Tensiones admisible yMódulo elástico

Nch 1198 of 2006

1. Considerar el contenido de humedad enel momento de la construcción y puestaen servicio, según Tabla 3 (pág.45 )

2. Las especies forestales (excluído el Pinoradiata) se clasifican separadamente en14 agrupaciones designadas E (si lamadera está verde H>30%) y ES si lamadera está seca (H=12%) Tabla A.1( Pág.177)


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3. La madera de uso estructural se clasifica en

GRADOS ESTRUCTURALESG#1 – G#2 – G#3 y G#4 yGS - G1 y G2 para el Pino Radiata

(pino insigne) según el procedimiento de la clasificación visual por resistencia


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Nch 1198 of2006

4. Con la agrupación de especies (E o ES) y elgrado estructural (G) se determina la

5. CLASE ESTRUCTURAL (F)Ej. F11 ; F14 ; F17

6. Los valores correspondientes a la clase(tabla4) se dan para la flexión, compresiónparalela, tracción paralela, cizalle y móduloelástico.

7. La compresión normal se obtiene de tabla 5según la agrupación de especies.


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Nch 1198 of2006

8. La asignación de tensiones admisibles y móduloelástico a piezas con espesor menor o igual a 100mm y que se construye con un 12% ≤ Hc ≤ 20%se obtiene de la agrupación para madera seca ydel grado estructural, y deberá usarse factores demodificación de tensiones para corregir porhumedad.


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Nch 1198 of2006

9. La asignación de tensiones admisibles y móduloelástico a piezas con espesor mayor a 100 mmo que se construye con una Hc > 20% seobtiene de la agrupación para madera verde ydel grado estructural.

10. A toda pieza con e>100 mm se le debe suponersiempre Hc>20% ( Estado verde), salvo que unestudio específico demuestre lo contrario.

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11.Para valores Hc<12% en los procesos de interpolación considerar Hc=12%

12. Toda madera que se clasifica, fabrica o instala con Hc>20% pero que Hs<12% se puede considerar como item 8 sii

e≤50 mm13. Carga total se aplica no antes de que la

madera esté con H≤12%


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Nch 1198 of 2006

14.La tensión admisible de compresión inclinada, Fcα con respecto a la fibra se calculará aplicando la fórmula de Hankinson :

22 cos***

cncp

cncpc FsenF

FFF


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Procedimiento para determinarTensiones admisiblesNch 1198 of 2006

HS


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UBICAC.- LOCALIZ.Y CONDICIÓN PIEZA

ANALIZADA

TABLA D.1TABLA 1

DET. ESTADO DELA MADERA PARA

EL DISEÑO

DET. AGRUPAMIENTO

DE ESPECIES

ESPECIF.GRADO

ESTRUCTURAL

TABLA 3ESPECIFICACIÓN

TABLA A.1TABLA 1 y 2 NCh1970TABLA 2 NCh 1207

VERDESECO

E - ESG# ; G

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ASIGNACION DECLASE

ESTRUCTURAL

TABLA 6 y 7

DET. TENSIONESADMISIBLES Y MÓDULO

ELÁSTICO

Factores de ModificaciónGenerales

Factores de ModificaciónParticulares

APLICABLES A CADASOLICITACIÓN

TABLA 4 , 4b , 5F.HANKINSON

TABLAS 8,9,H1, I1, fig3

TABLAS 10,11,12,13,14,15,16

fig.3,4

F s Ef

Kh, Kd, Kt, KqKhf, Kr, Kcn


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FACTORES DE MODIFICACIÓN

•Generales

•Particulares


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F.M. GENERALES

APLICABLES A TODO TIPO DE ESPECIE A LAS TENSIONES ADMISIBLES DE CADA

SOLICITACIÓN CON LOS VALORES QUE SE SEÑALAN

SU USO SE BASA EN QUE LOS ENSAYES HAN SIDO EJECUTADOS EN PROBETAS CON CONDICIONES DIFERENTES A LAS REALES.

CONTENIDO DE HUMEDAD [ Kh ]DURACIÓN DE LA CARGA [ Kd ] TRABAJO DE CONJUNTO [ Kc ] TEMPERATURA [ Kt ] TRATAMIENTO QUÍMICO [ Kq ]


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CONTENIDO DE HUMEDAD

VALIDO PARA TODA MADERA CON12% ≤ Hc ≤ 20% y

ESPESOR ≤ 100 mm SE APLICA A LAS TENSIONES DE MADERA SECA

)*1( RhKh %)12( HSh

ΔR = extraer de tabla 8


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CONTENIDO DE HUMEDADEjemplo 1

Determinar Kh para una pieza de madera con HC=18% , ubicada en un recinto abierto-cubierto de Valparaíso

Corresponde su aplicación ya que 12% ≤ Hc ≤ 20% De tabla D.1 Valparaíso : Punta Angeles H.equilibrio = 16% =

HS Por lo tanto :

%4%)12%16( h

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CONTENIDO DE HUMEDADEjemplo 1

De tabla (pág 231) para ∆H=4% se saca directamente KhKh (flexión ) = 0,9180Kh (comp. Paral. ) = 0,9180 Kh (tracc. paral .) = 0,9180Kh (cizalle ) = 0,9360Kh (comp. normal ) = 0,8932Kh (mód.elástico f. ) = 0,9408

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DURACION DE LA CARGA

No afecta al Módulo elástico ( Ef ) No afecta a la compresión normal ( Fcn )

295,0747,10464,0

tKd

t = expresado en segundos

VER TABLA ,PÁG. 233


50

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

2,200

1 seg 1 min 1 hora 1 día 1 mes 1 año 10 años 50 años

Kd

Factor de modificación por duración de la carga


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FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACION DE LA CARGA

cuando existen cargas de distinta duración

Diseñar los elementos para resistir la totalidad delas cargas de la combinación de ellas que resultecrítica.

Usar el factor de modificación de la carga demenor duración.

Para los efectos de la norma Nch1198 of2006 seentiende como carga permanente cualquiera deduración mayor a 3 meses consecutivos ; en casocontrario se entiende como eventual.

Debe evaluarse en unidades equivalentes.


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FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACION DE LA CARGAEjemplo 2

Determinar el factor de modificación por duración dela carga en el caso de un elemento sometido atracción por los efectos de:

• Peso propio : 200 Kilos • Sobrecarga : 400 Kilos• Nieve : 900 Kilos• Viento : 150 Kilos• Montaje : 360 Kilos

1. Se considerará cargas permanentes= 30 añosCarga de nieve , eventual, 7 díasCarga viento , eventual, 1 día yCarga de montaje, eventual 2 días


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F.M. POR DURACION DE LA CARGAEjemplo 2

2. Considerar diferentes combinaciones posibles,sumar cargas, considerar la menor duración:

1. P.P.+S.C. : 600 Kilos , 30 años2. P.P.+S.C.+N : 1.500 Kilos , 7 días3. P.P.+S.C.+V : 750 Kilos , 1 día4. P.P.+S.C.+M : 960 Kilos , 2 días5. P.P.+S.C.+N+V : 1.650Kilos , 1 día


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3. Determinar el factor de modificaciónpara cada duración considerada:

a) 30 años : 0,965b) 7 días : 1,237c) 2 días : 1,293d) 1 día : 1,326


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4. Dividir la carga total de la combinación porel factor de modificación para cada duraciónconsiderada:

COMBINACIÓN CARGA <DURACIÓN F.M. CUOCIENTE STAT.PP+SC 600 30 AÑOS 0,965 621,8

PP+SC+N 1.500 7 DÍAS 1,237 1.212,6

PP+SC+V 750 1 DÍA 1,326 565,6

PP+SC+M 960 2 DÍAS 1,293 742,5

PP+SC+N+V 1.650 1 DÍA 1,326 1.244,3 C.Crít.

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F.M. POR DURACION DE LA CARGAEjemplo2

5. El mayor cuociente obtenido es lacombinación crítica y se usará lacarga total para el diseño = 1.650 Kgsy Kd=1,326


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FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACION DE LA CARGAEjemplo 3

Determinar el factor de modificación por duración dela carga en el caso de una viga sometida a flexión de4 metros de luz.

• Peso propio : 200 Kg/ml • Sobrecarga 1 : 350 Kg/ml• Sobrecarga 2 : 900 Kg ,carga puntual centrada• Viento : 100 Kg/ml

1. Consideraremos a las cargas permanentes durante 40 años (P.P. Y S.C.1)Sobrecarga 2 durante 5 añosCarga viento , eventual, 2 días


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FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACION DE LA CARGAEjemplo 3 (cont...)

2. Evaluar el efecto de las cargas en unidadesequivalentes ( P.ej.: momentos flectores)

• Peso propio : 2*400^2/8 = 40.000 Kgcm• Sobrecarga 1 : 3,5*400^2/8= 70.000 Kgcm• Sobrecarga 2 : 900*400/4 = 90.000 Kgcm• Viento : 1*400^2/8 = 20.000 Kgcm

3. Determinar el factor para las diferentes duraciones40 años : 0,956 5 años : 1,0232 días : 1,293


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FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACION DE LA CARGAEjemplo 3 (cont....)

4. Combinaciones posibles:• P.P+SC1 : 110.000 Kgcm• P.P.+SC2 : 130.000 Kgcm• P.P.+V : 60.000 Kgcm• P.P.+SC1+SC2 : 200.000 Kgcm• P.P+SC1+V : 130.000 Kgcm• P.P+SC2+V : 150.000 Kgcm• P.P.+SC1+SC2 +V : 220.000 Kgcm


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5. CUADRO COMBINACION CARGAS

COMBINACIÓN CARGA <DURACIÓN F.M. CUOCIENTE

PP+SC1 110.000 40 AÑOS 0,956 115.062,8

PP+SC2 130.000 5 AÑOS 1,023 127.077,2

PP+V 60.000 2 DÍAS 1,293 46.403,7

PP+SC1+SC2 200.000 5 AÑOS 1,023 195.503,4

PP+SC1+V 130.000 2 DÍAS 1,293 100.541,4

PP+SC2+V 150.000 2 DÍAS 1,293 116.009,3

PP+SC1+SC2+V 220.000 2 DÍAS 1,293 170.146,9


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6. COMBINACIÓN CRÍTICA: PP + SC1 + SC2 CARGA DE DISEÑO = 200.000 Kgcm Kd a usar = 1,023


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TRABAJO CONJUNTO(sólo para la flexión)

PARA 3 ó MÁS ELEMENTOS PARALELOS DISTANCIADOS NO MÁS DE 610 mm DISPUESTOS DE TAL MANERA QUE EN

CONJUNTO SOPORTEN LA CARGA APLICADAVER 6.1.3 , PÁG.30 Kc= 1,15


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TEMPERATURA

IMPORTANTE SEGÚN H DE LA MADERA Si 20°C< T ≤ 67°C disminuyen propiedades

resistentes pero es reversible al cesar. Caso contrario pueden ser permanentes. Cuando la humedad es baja el efecto se neutraliza

por el efecto (+ y -) de propiedades resistentes Entonces para T ≤ 50°C permanente y T≤67°C

ocasional Kt=1 Si la humedad es elevada y se enfrían las piezas a

bajas temperaturas , o se calientan a T ≥ 67°C portiempos prolongados , entonces considerar :


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TEMPERATURA

C t extraer de TABLA H-1 , PÁG 180

)*1( CtTKt

ΔT = DIFERENCIA ENTRE T°C y 20°C


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TRATAMIENTO QUIMICO(anexo I , norma 1198 of 2006)

[ Kq ]

1. EN ESTRUCTURAS PERMANENTES VERIFICAR CONDICIONES QUE FAVOREZCAN PUDRICIÓN APLICAR SISTEMAS DE PRESERVACIÓN.

2. MADERA NO PRESERVADA NO DEBE ESTAR EN CONTACTO CON HORMIGÓN , ALBAÑILERÍAS O SUELO, SI HAY PELIGRO DE HUMEDAD AISLAR

3. SI SE APLICAN PROCESOS DE IGNIFUGACIÓN QUE INCREMENTEN LA HIGROSCOPICIDAD, DEBILITEN SU INTEGRIDAD FÍSICA O ALTEREN SUS PROPIEDADES MECÁNICAS APLICAR Kq DE TABLA I.1

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