TRABAJO MONOGRAFIA

EJE CENTRAL PROYECTO DE TESIS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO MONOGRAFIA EJE CENTRAL PROYECTO DE TESIS

Docente: ING. Ronald Aguilar huerta

Asignatura: PROYECTO DE TESIS

Estudiante: ESTUDIANTES: HERMOZA ATAUSINCHI CARLOS MANUEL 091583

Cusco, Enero de 2015

RESUMEN

En la ciudad del cusco usualmente la gente de bajos recursos económicos tiende a construir sus viviendas de adobe y sin asesoría de un ingeniero especialista, lo cual no está mal pero; es sumamente peligroso, es por eso que la presente tesis pretende dar nuevas soluciones diferentes e innovadoras a problemas frecuentes que afronta esta gente como: el alto costo de la construcción de viviendas sismo-resistentes y la deficiencia que poseen las viviendas de adobe frente a algún un evento sísmico.

INDICE

1. RESUMEN2. MARCO TEORICO3. BOBLIOGRAFIA4. GLOSARIO DE TERMINOS5. ANEXOS

MARCO TEORICO

LA MADERA COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Material extraído del tronco de los árboles que se utiliza en muchos elementos constructivos y también como combustible. La Madera está constituida por el conjunto de tejido que forma la masa de los troncos de los árboles, desprovistos de su corteza. Es el material de construcción más ligero, resistente y fácil de trabajar, utilizado por el hombre desde los primeros tiempos. La madera fue el primer material de construcción de que dispuso el hombre. Además de usarla como combustible y como arma defensiva, la cabaña con estructura de madera y cubierta de ramas le proporcionó una defensa contra la intemperie. Luego la emplearía en la construcción de puentes, barcos, aviones etc.

La técnica de laminación relacionada con el uso decorativo de la madera es conocida por los egipcios desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de calidad les llevaba a técnicas de enchapado y marquetería. Desde sus comienzos hasta el S XlX, la técnica del enchapado permaneció como de uso artesanal, ya que exigía un profundo conocimiento de la madera y un meticuloso trabajo de corte y encolado. Es en el S XlX, con la aparición de nuevos métodos de corte de chapas y, posteriormente, a comienzos del XX con la aparición de nuevas colas y adhesivos, cuando el tablero contrachapado, tal y como lo conocemos hoy hace su verdadera aparición. Este tablero se puede curvar fácilmente, adoptando casi, cualquier forma. La madera tanto maciza como laminada se empleó en la construcción de vehículos, aeronaves y en la construcción de barcos. Los agentes protectores, los nuevos adhesivos y pinturas surgidos con el desarrollo industrial de finales del S XlX y a lo largo del XX, le transformaron en un elemento duradero, fuerte y versátil.

1. ESTRUCTURA DE LA MADERA:

DESCRIPCIÓN DEL TRONCO

● El árbol se compone del tronco y las ramas, siendo la madera una sustancia fibrosa y celulosa. Aproximadamente el 50% son fibras de celulosa, el 30% lignina que une a la celulosa y el 20% restante Resina, Almidón, Tanino y azúcares. Cuando una planta no produce madera, se llama herbácea.

● Si examinamos la sección transversal de dentro afuera de un tronco, se distinguen seis partes:

1. Núcleo o médula: es la parte central de la madera, el corazón del árbol.

2. Duramen o madera propiamente dicha: está constituido por los tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia. Por ella ya no circula la savia (líquido que transporta los nutrientes desde las raíces hasta las hojas).

3. Albura o madera joven: rodea la masa de la madera perfecta, estando en periodo de elaboración por lo que tiene mucha savia. Es la parte viva del tronco. Es menos dura y coloreada que el duramen.

4. càmbium: parten del corazón y se encargan de llevar la savia hacia el exterior.

5. Líber: película o tejido muy delgado que envuelve a la albura y sirve para la conducción de la sabia descendente.

6. Corteza: es el tejido exterior impermeable que protege el líber y sirve de protección. Está formada por células muertas.

● Cada año que pasa, el tronco de un árbol va aumentando de tamaño, dando lugar a un anillo de crecimiento. Podemos observar que cada anillo tiene una zona oscura y una clara. En otoño e invierno las condiciones de las planta no son muy buenas, por lo que crece poco y crea la zona oscura. En primavera y verano las condiciones son mejores (calor, más nutrientes, agua), por lo que crece más y crea una zona clara. Si se produce sequía los anillos son estrechos, mientras que si hay buenas condiciones de humedad y calor adecuados los anillos son más anchos.

2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA

Las propiedades de la Madera dependen del crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y distintas partes del tronco.

a: Anisotropía:

Las propiedades físicas y mecánicas de la Madera no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado. Podemos definir tres direcciones principales en que se definen y miden las propiedades de la madera, que son la axial, la radial y la tangencial.

La dirección axial: es paralela a la dirección de crecimiento del árbol (dirección de las fibras).

La radial: es perpendicular a la axial y corta al eje del árbol.

La dirección tangencial: es normal a las dos anteriores.

b: Humedad:

Como la Madera es higroscópica, absorbe o desprende humedad, según el medio ambiente. El agua libre desaparece totalmente al cabo de cierto tiempo, quedando, además del agua de constitución, el agua de saturación correspondiente a la humedad de la atmósfera que rodee a la Madera , hasta conseguir un equilibrio, diciéndose que la Madera está secada al aire.

La humedad de la Madera varía entre límites muy amplios. En la Madera recién cortada oscila entre el 50 y 60%. Las variaciones de humedad hacen que la Madera se hinche o contraiga, variando su volumen, y, por consiguiente, su densidad.

c: Deformabilidad:

La Madera cambia de volumen al variar su contenido de humedad, hinchamiento y contracción. Como la madera es un material anisótropo, la variación en sentido de las fibras es casi inapreciable, siendo notable en sentido transversal. El fundamento de estos cambios dimensionales reside en la absorción de agua de las paredes de las fibras leñosas, el agua se aloja entre las células separándolas o acercándolas, el punto de saturación de las fibras corresponde al contenido de humedad, para el cual las paredes de las mismas han absorbido todo el agua que pueden absorber: es el momento de máxima separación de células, y por tanto la Madera ha alcanzado el mayor volumen (30% de humedad). La Madera puede seguir aumentando su contenido en agua pero no aumentará más de volumen, ya que ahora ocupará los vasos y traqueidas del tejido leñoso, se trata de agua libre. La deformación al cambiar la humedad de la Madera, dependerá de la posición que la pieza ocupaba en el árbol, así nos encontramos distinta deformación radial y tangencial.

d: Densidad:

La densidad real de las Maderas es sensiblemente igual para todas las especies: 1,56. La densidad aparente varía de una especie a otra, y aun en la misma, según el grado de humedad y zona del árbol. Las Maderas se clasifican según su densidad aparente, en pesadas, ligeras y muy ligeras.

Madera de Pino Silvestre: 0.32 – 0.76Kg/dm3

Madera de Pino Negro: 0.38 – 0.74Kg/dm3

Madera de Pino Tea: 0.83 – 0.85Kg/dm3

Madera de Abeto: 0.32 – 0.6Kg/dm3

Madera de Alerce: 0.44 – 0.80Kg/dm3

Madera de Roble: 0.71 – 1.07Kg/dm3

Madera de Encina: 0.95 – 1.20Kg/dm3

Madera de Haya: 0.60 – 0.90Kg/dm3

Madera de Olmo : 0.56 – 0.82 Kg/dm3

Madera de Nogal: 0.60 – 0.81 Kg/dm3

3. PROPIEDADES TÉRMICAS:

Como todos los materiales, la Madera dilata con el calor y contrae al descender la temperatura, pero este efecto no suele notarse pues la elevación de temperatura lleva consigo una disminución de la humedad: Como esto último es mayor, lo otro es inapreciable. También son mayores los movimientos en la dirección perpendicular a las fibras. La transmisión de calor dependerá de la humedad, del peso específico y

de la especie. No obstante, se efectúa mejor la transmisión en la dirección de las fibras que en las direcciones perpendiculares a ésta.

4. PROPIEDADES ELÉCTRICAS:

La Madera seca es un buen aislante eléctrico, su resistividad decrece rápidamente si aumenta la humedad. Para un grado de humedad determinado la resistividad depende de la dirección (es menor en la dirección de las fibras), de la especie (es mayor en especies que contienen aceites y resinas) y del peso específico (crece al aumentar el mismo).

5. DUREZA:

La Dureza de la Madera es la resistencia que opone al desgaste, rayado, clavado, etc. Cuanto más vieja y dura es, mayor resistencia opone.

a: MUY DURAS:

Madera de Ébano

Peso específico: 1,04 g/cm3 Arbol de la familia de las Sapotáceas.- El uso del ébano se remonta al Antiguo Egipto.- Madera muy escasa en la actualidad, es conocida por su intenso color negro. En la actualidad se obtiene en casi su totalidad del Africa tropical.- muy duro y difícil de trabajar.- Debe ser secado cuidadosamente y trabajado con mucha habilidad, por ser duro y quebradizo

Madera de Serbal

Árbol de la familia de las Rosáceas.- Se encuentra ampliamente distribuido por toda Europa y cuando crece en óptimas condiciones puede alcanzar como máximo unos 10 o 12 m de altura con un tronco de hasta 50 cm de diámetro. Una vez seca es una madera fuerte, característica por su tenacidad.- Es algo difícil de aserrar y, por su dureza, embota las herramientas cortantes rápidamente

Madera de Encina

Peso específico: 1 g/cm3 Árbol de la familia de las Fagáceas.- Aunque de la misma familia que el roble, se diferencia de el en que es de hoja perenne, y por lo tanto tienen una madera distinta Es más dura y más pesada que la del roble blanco.- Además difiere de las de los robles comercializados en que su estructura no es de

poros amarillos, por lo que, pese a que su textura es más fina y uniforme y presenta dibujos debidos a los anillos de crecimiento, tiene escaso rendimiento comercial. Es fuerte y duradera, pero su peso la hace difícil de aserrar y de trabajar, y presenta grandes problemas para conseguir un acabado liso, especialmente cuando el grano es irregular

Madera de Tejo

Peso específico: 0,69 g/cm3. Árbol de la familia de las Taxáceas.- El tejo es un árbol de Europa Central y Occidental que también se encuentra en algunas áreas de Asia occidental y del norte de África.- Pese a ser un árbol muy conocido, su madera tiene escaso interés comercial ya que su área de distribución es limitada, (hoy en Asturias está declarada especie protegida) con un tronco corto y profundamente acanalado. Es una de las coníferas más pesadas, se seca bastante rápidamente y bien; es fuerte, casi tan dura como la del roble y es muy resistente a la rotura.- Se trabaja bien, aunque se requieren ciertas precauciones para lograr un buen acabado en las maderas de grano irregular; es buena para torno

b: SEMIDURA

Madera de Roble

Madera de Arce

Madera de Fresno

Madera de Álamo

Madera de Acacia

Madera de Cerezo

Madera de Almendro

Madera de Castaño

Peso específico: 0,72 g/cm3 Árbol de la familia de las Fagáceas. Estas maderas se producen en zonas templadas del hemisferio norte, Alcanzan grandes dimensiones, hasta más de 35 m de altura, con troncos cuyo diámetro oscila entre 1m y 1,8 m en los árboles más viejos. Es una madera densa, muy pesada, y generalmente es más permeable y menos duradera.- Es difícil de aserrar y de trabajar y, presentan más problemas de secado.- Al carecer de la durabilidad que poseen otras maderas no son recomendables para estructuras, carpintería o construcciones al exterior,

c: BLANDAS:

Madera de Abeto

Madera de Alerce

Madera de Sauce

Peso específico: 0,46 g/cm3. Árbol de la familia de las abietáceas. Su ubicación geográfica se encuentra en el Asia central y oriental, en el centro y en el sur de Europa, y son particularmente importantes en Norteamérica, poco resistentes tienen tendencia a ser quebradizas, se trabajan

fácilmente aunque, debido a ser blandas, si se quiere lograr un buen acabado, las herramientas deben estar bien afiladas.- Son poco resistentes a los ataques de los insectos y es difícil preservarlas convenientemente a pesar de los tratamientos que hoy existen para ello.- Su uso es mas local que para la exportación, empleándose en revestimientos, carpintería, ebanistería, cubiertas, postes, laminados de madera, embalajes, cajas de resonancia, pianos, órganos, pasta de papel, resina

d: MUY BLANDAS:

Madera de Tilo

Madera de Álamo Blanco

Peso específico: 0,54 g/cm3. Arbol de la familia de las Tiliáceas.- El tilo es un árbol ampliamente distribuido por las regiones templadas del hemisferio norte que tiene interés comercial en los Estados Unidos, en Canadá, en Europa y en Asia oriental.- Es muy común en parques y avenidas como árbol ornamental.- La madera del tilo es clara, casi blanca, pero en contacto con el aire se vuelve algo más oscura, marrón pálido.- Es de fibra recta y de textura fina y uniforme, por lo regular sin dibujo.- La madera del tilo se seca rápidamente y bien, aunque presenta cierta tendencia a la torsión, una vez seca es estable.- No es una madera fuerte, es fácil de trabajar, y es poco duradera.- La madera del tilo es una de las mejores maderas para talla, desde tiempos muy antiguos viene siendo utilizada para este fin y el gran detalle que pueden lograrse en ella se ponen de manifiesto en las hermosas tallas de finales del siglo XVII.- También es la madera preferida para la estructura de las colmenas artificiales.- Se emplea también para pequeños artículos torneados., mobiliario, ebanistería,

esculturas

Peso:

El peso de la madera depende de varios factores:

a: Humedad: la madera recién aserrada pesa más que la que ha tenido tiempo para secar.

b: Resina: la madera que contiene resina pesa más que la que no contiene este compuesto.

c: Edad del árbol: el duramen de los árboles maduros es más denso y pesado que el de los árboles jóvenes.

d: Velocidad de crecimiento: la madera del árbol que crece lentamente es más densa y pesada que la del árbol que crece rápido.

e: Presencia de albura: la albura es más liviana que el duramen, y por lo tanto una muestra con albura pesará menos que la misma muestra compuesta sólo de duramen.

f: Densidad: mientras más compacta es la madera, es decir mientras menos espacio hay dentro de y entre los vasos o fibras que forman la madera, más tejido leñoso y menos aire tendrá la muestra seca. Un pedazo de algarrobo pesa muchísimo más que uno de idénticas dimensiones de un tipo de madera que tenga conductos anchos y espacios grandes entre los conductos, los cuales se han llenado de aire en la madera seca. La madera de balsa es sumamente liviana porque hasta el 92 por ciento de su volumen seco es aire.

Estabilidad:

La Madera recién aserrada pierde agua hasta alcanzar un equilibrio con el medio ambiente. El secado al aire puede durar semanas o meses, dependiendo de la densidad de la madera, el grosor de las piezas, la humedad relativa del aire y la velocidad del aire que circula alrededor de las tablas. Las maderas más estables, como la caoba y la teca, se contraen poco durante el secado y mantienen su forma, mientras que las menos estables, como la maría y el mamey, se contraen más y sufren desperfectos tales como arco, copa, curva, torsión y rajaduras.Para reducir los desperfectos, la madera recién aserrada debe estibarse en un lugar protegido del sol, la lluvia y las corrientes excesivas de aire. Las maderas menos estables deben secarse lentamente, para lo cual se emplean listones finos y la madera se protege más del viento.

La estabilidad de la Madera dependerá también del crecimiento del árbol y de la posición de las tablas dentro del tronco. Si se sacan tablas de las ramas o de un tronco que creció inclinado, la madera a ambos lados del centro diferirá en densidad y se producirá una tensión interna que puede causar curvaturas, torceduras y fibra deshilachada en las tablas. El corte que recibió la pieza también afecta la estabilidad de la madera. Las tablas aserradas radialmente, es decir aquellas cuyos anillos de crecimiento son perpendiculares a la superficie de la tabla, son más estables que las aserradas tangencialmente, donde los anillos de crecimiento son aproximadamente paralelos a la superficie.

Olor:

Algunas Maderas producen un olor característico al cortarse. El olor puede ser más o menos intenso dependiendo de la localidad donde creció el árbol. Al igual que el color, el aroma de la Madera se debe a compuestos químicos almacenados principalmente en el duramen.

Aislamiento Térmico y Acústico:

Los huecos que posee la Madera dificultan el paso del calor y la convierten en un buen aislante térmico así como también retardan el paso del fuego en el caso de vigas de Madera gruesas.

Frente al sonido, sus propiedades de aislamiento son bajas, sobre todo en comparación con otros materiales más eficientes.

6. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA

Dureza:

Es la resistencia opuesta por la madera a la penetración o rayado. Interesa por lo que se refiere a la facilidad de trabajo con las distintas herramientas y en el empleo de la madera en pavimentos. Es mayor la dureza del duramen que la de la albura y la de la madera vieja que la de la joven.

Resistencia a la Compresión:

En la cual influyen varios factores: La humedad: En general, por debajo del punto de saturación de las fibras (30%), la resistencia a compresión aumenta al disminuir el grado de humedad, no obstante, a partir de ese % la resistencia es prácticamente constante.

También la dirección del esfuerzo tiene una gran repercusión en la resistencia a compresión de la madera, la máxima corresponde al esfuerzo ejercido en la dirección de las fibras y va disminuyendo a medida que se aleja de esa dirección. La rotura en compresión se verifica por separación de columnillas de madera y pandeo individual de éstas.

Cuanto mayor es el peso específico, mayor es su resistencia.

Resistencia a la Tracción:

La madera es un material muy indicado para el trabajo a tracción, su uso en elementos sometidos a este esfuerzo sólo se ve limitado por la dificultad de transmitir a dichos elementos los esfuerzos de tracción.

También influye el carácter anisótropo de la madera, siendo mucho mayor la resistencia en dirección paralela que en perpendicular a las mismas. La rotura en tracción se produce de forma súbita, comportándose la madera como un material frágil.

La resistencia no estará en función del peso específico.

Resistencia al Corte:

Es la capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella. Este deslizamiento, puede tener lugar paralelamente a las fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura, porque la resistencia en esta dirección es alta y la madera se rompe antes por otro efecto que por éste.

Resistencia a la Flexión:

Puede decirse que la madera no resiste nada al esfuerzo de flexión en dirección radial o tangencial. No ocurre lo mismo si está aplicado en la dirección perpendicular a las fibras.

Un elemento sometido a flexión se deforma, produciéndose un acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las inferiores. Al proyectar un elemento de madera sometido a flexión no sólo ha de tenerse en cuenta que resista las cargas que sobre él actúan, es necesario evitar una deformación excesiva, que provoque un agrietamiento en el material de revestimiento o alguna incomodidad de cualquier otro tipo, bastaría con aumentar el canto de la pieza aumentando la rigidez.

Elasticidad:

El módulo de elasticidad en tracción es más elevado que en compresión. Este valor varía con la especie, humedad, naturaleza de las solicitaciones, dirección del esfuerzo y con la duración de aplicación de las cargas.

Fatiga:

Llamamos límite de fatiga a la tensión máxima que puede soportar una pieza sin romperse.

Hendibilidad:

Propiedad que presenta la madera de poderse romper a lo largo de las fibras, por separación de éstas, mediante un esfuerzo de tracción transversal. Es una cualidad interesante cuando se trata de hacer leña, en cambio es perjudicial cuando la pieza ha de unirse por clavos o tornillos a a otras adyacentes.

Tipos de Madera

Maderas Resinosas o Coníferas

Son las más utilizadas habitualmente, sobre todo en construcción y carpintería. La mayoría pertenecen a la subdivisión de Maderas Blandas.

Son las mas antiguas, del final de la era primaria. Existen en las zonas fría y templadas, proporcionan las mejores calidades de madera de construcción, en cuanto se refiere a características de trabajo y resistencias mecánicas. Presentan un elevado contenido en resinas. Encontramos todas las variedades de pinos.

El Pino silvestre, es la madera de carpintería y construcción por excelencia: algo rojiza, de grano fino y fácil de trabajar. Es muy adecuada en construcción y se emplea con éxito en entramados, cimentaciones, obras hidráulicas y traviesas.

Madera de Pino

Madera de Abeto

Madera de Alerce

Madera de Ciprés

Madera de Cedro

Maderas Frondosas

Aparecen al final de la era secundaria, son características de las zonas templada y tropical. Son las más frecuentes en la fabricación de muebles, ebanistería y revestimientos de Madera. Presentan un bajo contenido en resinas.

Madera de Roble

Madera de Encina

Madera de Haya

Madera de Olmo

Madera de Castaño

Madera de Aliso

Madera de Fresno

Madera de Acacia

Madera de Chopo

Madera de Sauce

Madera de Eucalipto

Maderas de Árboles Frutales

Son las Maderas procedentes de árboles frutales.

Madera de Nogal

Madera de Cerezo

Madera de Olivo

Maderas Tropicales o Africanas

Se denominan así a a las Maderas exóticas, de procedencia de bosques tropicales muy diversos y origen en zonas tropicales de América, África y Asia. Su extraordinaria resistencia las hace irreemplazables para ciertos usos.

Madera de Caoba

Madera de Ébano

Madera de Sapeli

Madera de Teca

Madera de Embero

Madera de Iroko

7. LA COMPOSICIÓN DE LA MADERA

En composición media se compone de un 50% de carbono (C), un 42% de oxígeno (O), un 6% de hidrógeno (H) y el 2% de resto de nitrógeno (N) y otros elementos.

Los componentes principales de la madera son la celulosa, un polisacárido que constituye alrededor de la mitad del material total, la lignina (aproximadamente un 25%), que es un polímero resultante de la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos y que proporciona dureza y protección, y la hemicelulosa (alrededor de un 25%) cuya función es actuar como unión de las fibras. Existen otros componentes minoritarios como resinas, ceras, grasas y otras sustancias.

CelulosaEs un polisacárido estructural formado por glucosa que forma parte de la pared de las células vegetales. Su fórmula empírica es (C6H10O5)n, con el valor mínimo de n = 200.

Sus funciones son las de servir de aguante a la planta y la de darle una protección vegetal. Es muy resistente a los agentes químicos, insoluble en casi todos los disolventes y además inalterable al aire seco, su temperatura de astillado a presión de un bar son aproximadamente unos 232,2 °C.

8. AGLOMERADOS

Se obtiene a partir de pequeñas virutas o serrín, encoladas a presión en una proporción de 50% virutas y 50% cola. Se fabrican de diferentes tipos en función del tamaño de sus partículas, de su distribución por todo el tablero, así como por el adhesivo empleado para su fabricación. Por lo general se emplean maderas blandas más que duras por facilidad de trabajar con ellas, ya que es más fácil prensar blando que duro.

Los aglomerados son materiales estables y de consistencia uniforme, tienen superficies totalmente lisas y resultan aptos como bases para enchapados. Existe una amplia gama de estos tableros que van desde los de base de madera, papel o laminados plásticos. La mayoría de los tableros aglomerados son relativamente frágiles y presentan menor resistencia a la tracción que los contrachapados debido a que los otros tienen capas superpuestas perpendicularmente de chapa que dan bastantes más aguante.

FERROCEMENTO

AntecedentesEl ferrocemento es un material compuesto por una armazón de barras de acero y mallas de alambre sobre las cuales se ha vaciado un mortero de cemento. El ferrocemento es utilizado en otros países como Cuba, Brasil e Italia desde hace muchos años. Este sistema de construcción, en estos países, ha sido utilizado para la construcción de botes de pesca, botes para trasladar pasajeros, para hacer cabañas en el río. Se utilizó en la construcción del Palacio de Exposiciones de Turín, en el Palacio de

Deportes de Roma, en presas de agua, edificios para almacén, puentes peatonales, para la cubierta de un terminal de ómnibus, gimnasios, depósitos soterrados, tanques, monumentos, cubiertas de terminales aéreas, piscinas, y también es utilizado en viviendas de una y dos plantas.En el Perú, el ferrocemento ha sido utilizado básicamente en techos y tanques de almacenamiento de agua.En la tesis desarrollada por Walter Rojas y Carolina García (PUCP 2006) se analizó la viabilidad de usar techos de ferrocemento desde el punto de vista estructural y desde el punto de vista económico comparándolo con alternativas existentes en el mercado.El ingeniero Wilson Silva (2009) realizó un estudio de este sistema en el AAHH DanielAlcides Carrión, utilizándolo para el techado de un segundo piso.El Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO) basándose en experiencias desarrolladas en otros países y teniendo en cuenta los resultados positivos obtenidos, incluyó en su programa de investigación y experimentación el estudio y adaptación del ferrocemento a las características de materiales y mano de obra disponibles en el territorio nacional. Dentro de este programa estaba la elaboración de techos con el sistema usado por el Ing. Wilson Silva y tanques de almacenamiento de agua o reservorios en zonas rurales. Los resultados obtenidos cumplían con la Norma E060 de Concreto Armado y además se determinó que había facilidad en los procesos constructivos, adaptación a diversas formas de los elementos, menores volúmenes de material, menores costos en comparación a los sistemas tradicionales y que podía ser elaborado por mano de obra no calificada.A fines del 2009 y comienzos del 2010 se llevó a cabo el proyecto “Desarrollo delferrocemento en la construcción de viviendas. Primera etapa”, en el cual se hicieron pruebas de laboratorio en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Se construyeron y ensayaron muretes a compresión diagonal, compresión en paneles simples y dobles, y carga lateral cíclica en paneles simples y dobles. Los resultados fueron satisfactorios en el caso de los paneles dobles, sin embargo el peso elevado de estos ensambles y la gran resistencia alcanzada hizo concluir que se podía abaratar los costos de los paneles y facilitar la construcción con espesores más delgados.

ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE FERROCEMENTO

5.1. Calidad del mortero

a) Requerimientos generales

Los procesos de selección de los materiales, colocación y curado deberán realizarseen forma estricta tal que el mortero resultante pueda ser capaz de resistir a la compresión, sea impermeable y resistente al ataque de agentes internos y externos afin de prolongar la durabilidad de la estructura.

b) Valores de la resistencia de diseño f’c

En las estructuras de ferrocemento, se optará como mínimo un f’c equivalente a210 kg/cm2.

c) Selección de la proporción de mortero

- Para la preparación del mortero, la proporción en peso equivalente deberá ser de una parte de cemento por 1,5 a 2 partes de arena.

- La relación agua - cemento deberá ser lo más baja posible. Para estructuras de retención de agua como tanques de reserva, mantener una relación agua – cementoen peso de 0,3 a 0,4.

- La proporción de los aditivos que fueran necesario utilizarse estará de acuerdo conla Norma ASTM C618 o en concordancia con las especificaciones señaladas por el fabricante de los aditivos.

5.2 Calidad del refuerzo

a) Requerimientos generales

La selección de tipo de refuerzo a emplearse en estructuras de ferrocemento, se deberá conocer sus características resistentes, tales como esfuerzo de fluencia y módulo de elasticidad.

d) Valores de resistencia del refuerzo

Para la determinación de la resistencia del refuerzo, se adoptarán los siguientes criterios:

- Los valores mínimos de resistencia a la fluencia y módulo efectivo de mallas no deben ser menores que los especificados en la tabla 1.2.

- Para el empleo de otro tipo de refuerzo deberá determinarse sus características resistentes mediante ensayos de laboratorio o especificaciones proporcionadas porel fabricante.

6. Requerimientos complementarios

6.1. Colocación del refuerzo

a) La malla de refuerzo y el acero del armazón deberán estar sujetos de tal forma quese mantengan en su posición, durante la aplicación del mortero y el vibrado.

b) El rango de la longitud de traslape en el caso de mallas, deberá estar 25 cm y 30 cm;y para el caso de las varillas el traslape no deberá ser menos de 40 veces el diámetro del elemento.

c) Las mallas de refuerzo deberán amarrarse a las varillas de acero del armazón, con alambre galvanizado o alambre de amarre No.16 en intervalos de 15 cm a 30 cm.

d) El acero de las armaduras no deberán contener sustancias como grasa u otroscontaminantes, en caso contrario deberán cepillarse antes de comenzar el trabajo de colocación del mortero.

6.2 Preparación del mortero

a) Los materiales conformantes de la mezcla deberán ser dosificados por peso, incluidael agua, y deberán ser añadidos o alimentados a la mezcladora evitando el aglutinamiento. Se deberá controlar la relación agua – cemento.

b) Todo el concreto se mezclará hasta que exista una distribución uniforme de los materiales, y descargará completamente antes de que la mezcladora se vuelva a cargar.

c) La mezcladora preferentemente deberá ser de una cuchilla espiral o paletas dentrode un cilindro estacionario o a mano. Evitando en los posible el uso de mezcladoras con cilindros rotatorios y aletas adheridas a los lados.

d) La proporción de agua - cemento deberá ser lo más baja posible, y la proporción de arena - cemento deberá ser ajustada a fin de obtener una mezcla fluida para la penetración inicial entre la armadura, seguida de una mezcla más rígida pesada al final.

e) El mortero deberá mezclarse en lotes, de tal forma que pueda trabajarse hasta una hora después de iniciada la mezcla, no deberá evitarse el remezclado del mortero.

6.3 Aplicación del mortero

a) El mortero será colocado manualmente o mediante un dispositivo de pistola pulverizadora, a través de la malla. La mezcla deberá penetrar en todas las capas de refuerzo, hasta el encofrado.

b) La aplicación se podrá realizar a través de dos técnicas como son:

- Técnica en una capa: El mortero será aplicado de afuera hacia adentro de la malla, teniendo como apoyo temporal el encofrado. El recubrimiento final o capa de acabado que conforma la estructura, se colocará antes de que ocurra el fraguado del mortero principal.

- Técnica en dos capas: El mortero será aplicado en dos etapas, la primera capa aplicada afuera de la malla y una vez endurecida luego de 24 horas se colocará la segunda capa. Con este método se evitará las cangrejeras en el mortero.

6.4 Curado

a) Las estructuras de ferrocemento deberán tener una buena hidratación a fin de lograrun buen endurecimiento. Se deberá conservar saturado al mortero, hasta que el espacio originalmente lleno de agua en la pasta de cemento se haya llenado al grado deseado por los productos de hidratación del cemento.

b) El tiempo de curado debe ser por lo menos de siete días.

6.5 Recubrimientos

a) Las estructuras de ferrocemento que se encuentren expuestas a condiciones ambientales severas o exigencias especiales utilizarán recubrimientos que cumplan con las siguientes características:

- Buena adherencia al mortero endurecido- Tolerancia a la alcalinidad del ferrocemento- Resistencia química a la abrasión- Impermeabilidad al agua y a las sustancias químicas

b) Las estructuras que no estén sometidas a esfuerzos considerables utilizarán un recubrimiento con espesor no menor a 0,15 cm y no mayor a 1,25 cm.

c) El recubrimiento de las estructuras que se encuentren sometidas a condiciones ambientales severas en ningún caso deberá ser menor a 1,25 cm.

d) La superficie sobre la que irán los recubrimientos no deberán contener polvo ni suciedad alguna, si hubo recubrimiento anterior deberá quitarse utilizando chorrosde arena, cepillos de alambre, una herramienta o equipo adecuados.

e) La aplicación de los recubrimientos por lo general deberán realizarse a temperaturasno menores a 10°C, y los adhesivos de resinas epóxicas aplicados al mortero se realizarán a temperaturas no menores de 15°C.

7. Consideraciones generales para el análisis y diseño de estructuras de ferrocemento

7.1 Diseño

Los componentes de las estructuras de ferrocemento se diseñaran usando cargas de servicio y esfuerzos permisibles de carga de servicio, en concordancia con las especificaciones técnicas establecidas en el presente documento; para tal efecto se utilizarán los factores de carga y resistencias establecidas en los acápites 9.2 y 10.2 respectivamente de la Norma E.060 de Concreto Armado.

Los miembros de las estructuras de ferrocemento, serán diseñados para satisfacer

los criterios de servicio, de acuerdo con las estipulaciones planteadas en el Acápite 7.4 del presente documento.

7.2. Parámetros de diseño

7.2.1 Módulo de elasticidad

- Para el mortero (matriz), se determinará mediante ensayos de laboratorio y en todos los casos no será menor a 210,000 kg/cm².

- Los valores mínimos del módulo efectivo longitudinal (EfL) y transversal (EfT)para las diferentes mallas de refuerzo, se determinarán a partir de la tabla 1.2.

Tabla 1.2 Valores mínimos de resistencia a la fluencia y módulos efectivos paraMallas y barras de acero recomendadas para el diseño (ACI 549.1R-93)

CaracterísticasMalla

cuadrada Tejida

Malla cuadrada Soldada

Malla hexagonal

Malla de Metal Expandido

Barras longitudinales

Esfuerzo deFluencia

fy(kg/cm2) 4,550 4,550 3,150 3,150 4,200

MóduloEfectivo

EfL

(103 kg/cm2)1,400 2,030 1,050 1,400 2,030

EfT

(103 Kg/cm2) 1,680 2,030 700 700 -------

7.2.2 Superficie específica

Para malla cuadrada o rectangular, se calculará a partir de la siguiente formula:

SI = ( * d * n * (1/dL + 1/dT))/ t (cm-1)

Para malla hexagonal, se calculará a partir de la siguiente formula:

SI = * d * n * (4L1 + 2L2) / x * y * t (cm-1)

Donde: dL , dT y d se expresan en la fórmula en cm; de igual forma para x , y , L1 yL2. L1 viene a ser la longitud total del alambre del extremo y L2, la longitud delalambre intermedio.

SI se divide en SIL y SIT , en la dirección longitudinal y transversal respectivamente,los valores de cada uno son determinados multiplicando el SI respectivo por el valorde , que aparece en la tabla 1.3 del presente documento.

Para estructuras de almacenamiento de agua, la superficie específica no será menorde 1.6 cm2/cm3.

7.2.3 Volumen de refuerzo

Para malla cuadrada o rectangular, se calculará a partir de la siguiente formula:

Vf = * d 2 * n * (1/dL + 1/dT) * 25 / t (%)

Para malla hexagonal, se calculará a partir de la siguiente formula:

Vf = * d 2 * n * (4L1 + 2L2) * 25/ ( x * y * t) (%)

Vf se divide en VfL y VfT para las direcciones longitudinal y transversal respectivamente, los valores de cada uno de ellos se obtendrá al multiplicar Vf porel factor de eficiencia global . Para estructuras de almacenamiento de agua, Vf debe oscilar entre 3.5% y 8%.

Para las diferentes mallas, la relación entre SI y Vf será la siguiente:

SI = 4 * Vf / d

7.3 Factores de resistencia y carga

a) La resistencia de diseño para el refuerzo de la malla, se debe basar sobre la resistencia en el punto de fluencia fy del refuerzo, el cual no deberá exceder de7000kg/cm2.

b) La resistencia de diseño estipulada para un miembro o sección en términos de carga axial, momento de flexión, fuerza de corte o esfuerzo, serán tomados como la resistencia nominal calculada en concordancia con los requerimientos y las suposiciones realizadas, multiplicado por el factor de reducción de resistencia para satisfacer la siguiente relación:

U * N

Siendo U equivalente a la mínima fuerza de diseño requerida, N la resistencianominal y es un factor de reducción de esfuerzo definido en el acápite 10.3 de la norma E.060 de Concreto Armado.

7.4. Requisitos de servicio

Los miembros y estructuras de ferrocemento deberán cumplir con los siguientes requisitos de servicio:

a) Control de grietas: El valor máximo de anchura de las grietas, bajo condiciones de carga de servicio para ambientes no corrosivos no deberá ser menor de 0.10 mm y para ambientes corrosivos y/o estructuras de almacenamiento de agua será de 0.05 mm.

b) Resistencia a la corrosión: Para asegurar la durabilidad de la estructura, se tendráen consideración los siguientes factores:

- El espesor del mortero deberá ser suficiente para evitar que el refuerzo vulnerado por líquidos corrosivos.

- El refuerzo que se utilice en las estructuras de ferrocemento deberá ser galvanizado.

8. Métodos de diseño

8.1 Diseño por resistencia última

8.1.1. Flexión

Para el diseño de los miembros de ferrocemento se deberá considerar los criteriosde equilibrio de fuerzas y las suposiciones siguientes:

a) La deformación unitaria en el refuerzo y el mortero deberán asumirse directamente proporcional a la distancia del eje neutro.

b) La deformación unitaria en la fibra extrema de compresión del mortero debe asumirse como igual a 0,003

c) El esfuerzo que se encuentre por debajo de la fluencia (fy), deberá tomarse como el producto del módulo de elasticidad del refuerzo (Ef) y la deformación unitaria. Los valores de Ef se definen en la tabla 1.2; los refuerzos que no se indiquen en esta tabla, se determinarán mediante ensayos o a través de las especificaciones del fabricante. Los esfuerzos que se encuentren por encima de la fluencia, se tomarán como valor equivalente al fy.

d) La resistencia a la tensión del mortero se considerará cero.

e) La resistencia a la compresión del mortero se determinará a partir de la siguienteformula:

CC = 0.85 * f´c * b * 1 * c

Donde el valor de 1 puede tomarse del ítem f del acápite 11.2.1 de la norma E.060de concreto armado

El área de refuerzo por capa de malla necesaria para resistir el esfuerzo en una sección agrietada de ferrocemento, se determinará a partir de la siguiente relación:

ASi = *Vfi *AC (Ec-1)

Donde el factor de eficiencia global puede tomarse de los valores que se indicanen la tabla 1.3.

Tabla 1.3: Valores de diseño recomendados del factor de eficiencia global del refuerzo para un miembro sometido a tensión o flexión uniaxial

CaracterísticasMalla

cuadrada tejida

Mallacuadrada soldada

Malla hexagonal

Malla demetal

expandido

Barras longitudinales

Factor de eficiencia global

Longitudinal 0,50 0,50 0,45 0,65 1,00

Transversal 0,50 0,50 0,30 0,20 -

A 45 grados 0,35 0,35 0,30 0,30 0,70

El factor de eficiencia global multiplicado por la fracción de volumen del refuerzoindicará la proporción de refuerzo equivalente en la dirección de la carga.

Los valores de la tabla 1.3, se deben emplear para secciones de 5 cm o menos de espesor.

8.1.2. Tensión

La resistencia nominal de los elementos agrietados del ferrocemento sujetos a una carga de tensión pura, podrá ser calculada a partir de la siguiente formula:

Nn = AS * fy

El valor de AS está dado por:

AS = n * ASi (Ec-2)

Donde:

AS = área transversal efectiva del refuerzo en la dirección considerada en cm2.n = número de capas de malla.ASi = área efectiva de refuerzo por capa de malla en cm2 obtenida de (Ec-1).

La resistencia de diseño “Nn” deberá ser calculada en concordancia al acápite 7.3.2del presente documento.

8.1.3. Compresión

La resistencia nominal de las secciones de ferrocemento sujetas a compresión axial podrán considerarse como 0.85 f´c, sin embargo el componente transversal del refuerzo contribuye con una resistencia adicional cuando se usan mallas de alambres rectangulares o cuadradas. En el caso de la malla expandida no contribuye con resistencia alguna.

Se deberá considerar los efectos de esbeltez de las secciones delgadas del elemento,ya que pueden reducir la resistencia a la compresión del mismo.

8.2. Diseño por carga de servicio

Todas las estructuras que se encuentren en contacto con líquidos o materiales granulares, serán diseñadas teniendo en consideración los esfuerzos permisibles por carga de servicio que se detallan en los acápites 8.2.3 y 8.2.4 de este capítulo.

8.2.1. Flexión

Se tendrá en consideración lo siguiente:

a) Las deformaciones varían linealmente con la distancia del eje neutro.b) Las relaciones entre el esfuerzo y deformación del mortero y el refuerzo son lineales

para esfuerzos menores ó iguales a los esfuerzos permisibles por carga de servicio.c) El mortero no resiste tensión alguna.d) Existe una adherencia perfecta entre el acero y el mortero.

Para el cálculo de los esfuerzos debido a una carga determinada se puede usar la sección agrietada transformada. Determinado el eje neutro, el análisis se procederá como para vigas o columnas de concreto reforzado con varias capas de acero y que están sujetas a flexión simple.

8.2.2. Área de refuerzo

El área efectiva por capa de refuerzo, se determinará a partir de la relación establecida en (Ec-1) del presente documento.

Para estructuras de almacenamiento de agua, el número de capas de refuerzo deberáestimarse a partir de la siguiente relación:

cr = 24.5 * SIL + mu (kg/cm2)

Donde:

SIL, podrá ser calculado a partir de la relación que se muestra en el acápite 7.2.2 del presente documento, dicho parámetro contiene al número de capas “n” que se desea conocer.El valor que se asumirá para “cr”, oscilará entre los 40 y 50 kg/cm2, el cual generalmente corresponde a un ancho de grieta de 0.04 a 0.05mm.

8.2.3. Esfuerzo de tensión permisible “fs”

Para el refuerzo por lo general debe tomarse un esfuerzo no mayor a 0.60 fy(esfuerzo de fluencia del esfuerzo). Para estructuras sanitarias es preferible limitar los esfuerzos a tensión permisibles a 2100 kg/cm2 o 0.5fy.

8.2.4. Esfuerzo de compresión permisible “fc”

Para el mortero o el compuesto de ferrocemento el esfuerzo de compresión permisible no deberá ser más de 45 f´c.

9. Consideraciones complementarias

a) Para una sección transversal de ferrocemento de espesor “t”, las aberturas de la malla no deberán ser mayores a este espesor.

b) El recubrimiento del refuerzo debe ser el doble del diámetro del alambre de la mallao de otro refuerzo utilizado. Un recubrimiento menor puede ser aceptable, siempre que el refuerzo sea resistente a la corrosión, que la superficie esté protegida por un recubrimiento apropiado y que el ancho de las grietas sean menores a 0.05 mm.

c) Para estructuras de almacenamiento de agua, la fracción del volumen total del refuerzo, no deberá ser menor de 3.5% y la superficie específica total del refuerzono menor de 1.6 cm-1.

d) Para el cálculo de la superficie específica se puede considerar la contribución de fibras agregadas a la matriz, mientras que se puede pasar por alto dicha contribuciónal determinar la fracción de volumen del refuerzo.

e) En los casos que se utilice acero como armazón, este no deberá ocupar más del 50%del espesor total del elemento.

f) Para una fracción de volumen de refuerzo dada, se puede lograr un mejor

rendimiento en términos de resistencia, ancho de las grietas, impermeabilidad y ductibilidad, al distribuirlo uniformemente en el espesor e incrementar su superficie específica. El máximo número de capas de refuerzo en una sección de ferrocementono deberá exceder a 8.

BibliografíaBedoya, D. A. (2003). Ferocemento: un acercamiento al diseño sismico.

BROTONS, P. U. (2012). CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS DE MADERA. Club Universitario.

CANALES, C., & REY, M. D. (2013). DE MADERA Y ACERO. Edaf.

Cartagena, J. d. (1983). Secado y preservación de 105 maderas del Grupo Andino: estudio integral de la madera para la construcción. Lumber.

Martitegui, F. A. (2000). ESTRUCTURAS DE MADERA, DISEÑO Y CALCULO . Madrid: Aitim.

NEVADO, M. A. (1999). DISEÑO ESTRUCTURAL EN MADERA. Aitim.

Olvera, A. L. (2003). EL FERROCEMENTO Y SUS APLICACIONES. Alfaomega.

PAUL, B. K., & PAMA, R. (2006). FERROCEMENTO. Limusa.

Wainshtok, D. H. (2007). Ferrocemento: Diseño y construccion . Riobamba: Red ECOSUR.

GLOSARIO DE TERMINOSAcero del armazón: Se emplea para dar forma a la estructura y sobre ella se colocan las capas de malla de alambre o refuerzo. La característica del armazón es que los aceros que lo constituyen, se distribuyen uniformemente y se separan hasta un máximo de 30 cm entre ellos, generalmente no son consideradas como parte del refuerzo estructural, sino como varillas de separación para los refuerzos de la malla.

El diámetro de estos elementos son mucho mayores que el acero de refuerzo.

- Aditivo: Material que no sea cemento portland agregado o agua, que se añade al concreto para modificar sus propiedades.

- Agregado: Material inerte que se mezcla con cemento portland y agua para producir concreto. El agregado a emplearse en estructuras de ferrocemento es el agregado fino (arena natural), que no deberá exceder de 7 mm de diámetro ni menor de 2 mm.

- Agua: El agua empleada en ferrocemento deberá ser fresca y limpia. En ningún caso podrá emplearse agua de mar o similar.

- Armadura de refuerzo: Es el refuerzo total del sistema que puede estar conformado por la malla de refuerzo y el acero del armazón o solamente la primera.

Generalmente se considera al acero del armazón como parte del refuerzo total cuando las separaciones de las varillas que lo conforman están a no más de 7,5 cm de centro a centro, como sucede en las estructuras como botes, embarcaciones, secciones tubulares, tanques, etc. Las varillas del armazón que son espaciadas más allá de esta distancia no son consideradas como parte del refuerzo total.

- Dirección longitudinal: Se define así a la dirección en la cual se encuentra aplicada la carga de diseño en la estructura de ferrocemento.

- Dirección transversal: Se define así a la dirección perpendicular a la dirección longitudinal.

- Ferrocemento: Se define al ferrocemento como un tipo de construcción de concreto reforzado, con espesores delgados, en el cual generalmente el mortero está reforzado con capas de malla continua de diámetro relativamente pequeño. La malla puede ser metálica o de otros materiales adecuados.

- Malla de refuerzo: Generalmente consiste en alambres delgados, entretejidos o soldados; una de las características más importantes es que sea lo suficientemente flexible para poderla doblar en las esquinas agudas. La función principal de estas mallas es la de actuar como marco para sostener el mortero en estado fresco, así como absorber los esfuerzos de tensión en el estado endurecido que el mortero por sí solo no podría soportar.

- Mortero: Es la mezcla de cemento y arena. Debido a que este mortero está sometido a grandes tensiones es necesario que su dosificación sea no menor a una parte de cemento por 1,5 a dos partes de arena y 0,3 partes de agua