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I SEMINARIO
                      PROYECTO:

      “DESARROLLO DE BASES PARA LA IMPLEMENTACIÓN
      DE ALTERNATIVAS DE CONSTRUCCIÓN Y REPARACIÓN
      DE PUENTES EN CAMINOS SECUNDARIOS, OCUPANDO
       MATERIAS PRIMAS ECOLÓGICAS Y SUSTENTABLES”

                   Proyecto apoyado por:




JULIO 2009
ESTRUCTURA DE MADERA
                          UNA VISION DEL MATERIAL Y EL DISEÑO




Autor:
Ingeniero Gian Mario Giuliano
Departamento de Ingeniería Civil
                 Ingenierí
Universidad de Concepción
               Concepció            Proyecto apoyado por:
Año: 2009
•INTRODUCCION
• Para diseñar una estructura de madera debemos conocer algunas
  de sus características, especialmente las relacionadas con sus
  propiedades estructurales
• Madera → arbol


    Las especies forestales se clasifican en dos grandes grupos:
                         CONIFERAS Y LATIFOLIADAS

    •   Las diferencias son de tipo botánico, pero no pueden extrapolarse al
        campo de las propiedades físico – mecánicas
    •   Confusión proviene de la denominación inglesa:
            Hardwood (maderas duras)
            Softwood (Maderas blandas)
         Concepto no aplicable a maderas chilenas ya que existen coníferas
            con propiedades físico-mecánicas mejores que las latifoliadas y
            viceversa.
Coniferas
 Los bosques de coníferas: naturalmente en el hemisferio
norte, en zonas frías y templadas y, en menor proporción, en
zonas similares del hemisferio sur.

  las coníferas se hallan en menor número que las
latifoliadas.

 En Chile casi no hay bosques de coníferas naturales, sólo
por plantaciones.
                                                Las coníferas se caracterizan por
                                                    coní
                                                presentar:

                                                • El árbol, generalmente de tronco
                                                recto, cónico hasta su ápice y
                                                       có
                                                revestido por las ramas.

                                                • La madera, homogénea y constituida
                                                             homogé
                                                por células que se agrupan en bandas
                                                    cé
                                                concéntricas claras o leño de
                                                concé                 leñ
                                                primavera y oscuras o leño de verano,
                                                                       leñ
                                                las cuales conforman anillos de
                                                crecimiento.
                                                crecimiento.
Latifoliadas
Los bosques nativos de nuestro
país están compuestos en su gran
mayoría por especies latifoliadas de
clima templado.

Las latifoliadas de distinguen por
tener:

• El árbol, de copa ramificada bien
definida. El tronco varía en
dimensiones y formas.

• La madera, o leño, heterogéneo, lo
forman diferentes tipos de células.
A diferencia de las coníferas, las
latifoliadas presentan vasos. Por lo
general no se pueden diferenciar
fácilmente los anillos de
crecimiento de la madera, como en
las coníferas.
     coní
1. Propiedades físicas de la madera
• El Material
                                             L
La madera es un material de crecimiento
    natural, constituido por entramados
    celulares anisotrópicos, compuesto
    esencialmente por celulosa y ligados
    entre si por un cementante, la
    lignina.
Las distintas células, de forma tubular (L
    ~ 1mm. A 8mm), se disponen
    predominantemente        según      la
    dirección axial del tronco, pero
    también existen algunas dispuestas           T
    transversalmente, por este motivo
    es, en gran medida, la diferente
    respuesta estructural de la madera.
Las propiedades resistentes de la albura y el duramen no son
significativamente distintas, sin embargo, el duramen es menos permeable que
                                    la albura.


• Modelo:                 l




                                                         r
                                                     • Distintas propiedades en
                                                     cada dirección
                                                     •Características físico-
                                                     mecánicas dependen del
                                                     plano o dirección que se
                                                     considere
                                         t
HIGROSCOPICIDAD
      •      Llamamos higroscopicidad a la propiedad que tiene la madera de

             intercambiar agua con el ambiente.

      Este intercambio depende sobre todo de la humedad y de la temperatura del aire. Es
      casi constante en lo que se refiere a las distintas maderas, porque se trata de una
PSF   propiedad de la pared celular.

                   •   Este agua se absorbe en distintos niveles :

          aire     -         Agua de sorción o constitución: es la que retiene la celulosa. Se
                                      sorció    constitució
                       absorbe con más fuerza y forma puentes de hidrógeno entre las
                       distintas moléculas. Provoca la hinchazón en sentido radial y
                       transversal. Tiene una influencia directa sobre las propiedades de la
                       madera y es la más difícil de extraer, ya que es necesario para lograrlo
          agua         de forma completa usar estufa a 105 ºC. Por tanto, salvo el caso de
                       madera seca anhidra, siempre estará presente y en equilibrio con el aire.




                                                                                                               HUMEDAD DE LA
                                                                                                               HUMEDAD DE LA
                   -     Agua de adsorción o saturación : se adhiere a la pared celular, cuesta menos
                       desprenderla pero a su vez más que el




                                                                                                                  MADERA
          sólido
                   -    Agua capilar: retenida en las estructuras microscópicas celulares por capilaridad,
                       se presenta cuando la fibra empieza a estar saturada.

MADERA             -     Agua libre: llena el lumen celular, y satura por completo la madera, se presenta en
                       la madera verde y completamente saturada por inmersión. No tiene ligazón.
Contenido en humedad de la madera
    La humedad de la madera se define como el cociente:

    CH = PH – P0 x 100                  Siendo : PH el peso de la probeta húmeda
           P0                                    Po peso de la probeta seca anhidra
    Es decir, es la proporción en pesos del agua presente respecto al peso total de la
                    proporció
    madera completamente seca, madera seca anhidra, secada en estufa.
                                                                   estufa.
Nos podemos encontrar con:

-     Madera en verde:
     madera que no ha sufrido ningún proceso de secado, tendrá H> 30% como mínimo (en general)
     y puede llegar con facilidad a un 100% de humedad. La madera que por mojado o inmersión
     está saturada tiene también H =30%.

-     Madera seca:
     se ha secado de forma más o menos controlada; tendrá siempre menos de un 18% de humedad
     (madera “seca” comercialmente); para los ensayos mecánicos la humedad debe ser del 12%.

-     Madera seca anhidra:
     con H= 0% por definición tras estar en estufa a 105º C durante 24 horas al menos.

•    Además hay otras referencias. A partir de H = 20% tenemos una madera húmeda que tiene
     riesgos serio de pudriciones y ataques.

•    En la práctica es muy importante medir la humedad de la madera. La forma inequívoca y precisa
     es mediante la estufa, con la fórmula citada. Comúnmente usaremos los higrómetros de
     resistencia calibrados para cada especie. Para una medida aproximada en obra son suficientes.
     En el caso de ensayos en laboratorios se han de cotejar con el secado en estufa.
•Punto de saturación de las fibras

                             agua libre
                                                      CH ~ 25% - 35%,




En una primera etapa      Al comenzar el proceso de       Este punto recibe el
la madera se           pérdida de humedad, la           nombre de Punto de
                       madera entrega al ambiente      saturación de las fibras
encuentra con sus      el agua libre contenida en               (PSF)
cavidades y paredes    sus cavidades hasta alcanzar
celulares llenas de    un CH ~ 25% - 35%,             Constituye el límite decisivo para el comportamiento
                                                                    lí
agua.                  independiente de las               de la madera:
                       especies forestales.
                                                      •                CH > PSF única propiedad que se
                                                          altera es el peso
                                                      •                CH < PSF todas las propiedades
                                                          físicas y mecánicas se
                                                                    mecá
                                                          alteran al variar el CH.
                                                                               CH
•RANGO HIGROSCOPICO Y HUMEDAD DE EQUILIBRIO
                                                               17%

•    El rango de humedad entre 0% - PSF se
     designa por Rango higroscópico de la
     madera
( dentro de este rango la madera al estar expuesta a las
     condiciones atmosféricas de T, H, y presión
     atmosférica y al estar protegida del acceso directo del
     agua, tenderá a equilibrar su CH propio con el del
     ambiente).

•    HUMEDAD DE EQUILIBRIO
     HIGROSCÓPICO de la madera.

El tiempo que se demora la madera en alcanzarlo es
      variable y depende de la especie forestal y sus
      dimensiones.

•    La humedad de equilibrio es un valor
     Cte. para todas las especies

•    La influencia más importante es la de la
     humedad ambiente y, en menor medida,
     de la temperatura.
HUMEDAD DE EQUILIBRIO MEDIAS PARA DISTINTAS
                                   CIUDADES DE CHILE

                                                                                                                                                                                                      La cantidad de agua absorbida o
                                                                                                                                                                                                    humedad     de equilibrio puede
                                                                                                                                                                                                    llegar a ser muy grande si la
                                                                                                                                                                                                    referimos al peso total de la
                                      HUMEDAD DE EQUILIBRIO %                                                                                                                                       madera y si la comparamos con el
                                                                                                                                                                                                    resto     de     materiales    de
        20
                                                                                                                                                                                                    construcción usuales.
        18
        16
        14
H.E.%




        12
        10                                                                                                                                                                                         EQUILIBRO HIGROSCÓPICO
         8                                                                                                                                                                                                   (% en peso)
         6
         4
                                                                                                                                                                                                   Para 20º C y 70-80 % de humedad relativa
         2                                                                                                                                                                                         del aire
         0
                                                                                                                                                                                                    Ladrillo cerámico 1,8 – 2,1
             IQUIQUE

                       CHUQUICAMATA

                                      ANTOFAGASTA

                                                    COPIAPO


                                                              LA SERENA

                                                                          VALPARAISO


                                                                                       SANTIAGO

                                                                                                  CHILLAN

                                                                                                            CONCEPCION

                                                                                                                         TEMUCO

                                                                                                                                  VALDIVIA


                                                                                                                                             OSORNO

                                                                                                                                                      PUERTO MONTT

                                                                                                                                                                     PUERTO AISEN

                                                                                                                                                                                    PUNTA ARENAS
                                                                                                                                                                                                    Mortero 1:6       3 – 3.5
                                                                                                                                                                                                    Mortero de cal     5–6
                                                                                                                                                                                                    Yeso               5–6
                                                                                                                                                                                                    Madera            15 – 18
Gradiente de humedad
                                                    Si el CH < PSF la variación del contenido de humedad
                                                    produce una variación en el volumen de la madera:
             La porosidad de la madera es
distinta según las especies y también según la                 CH disminuye ► Volumen disminuye
dirección de la fibra.( paralela o perpendicular)              CH Aumenta ► Volumen aumenta
 Para secciones mayores de 200 cm2
tendremos dificultades para llegar a un             Por la anisotropía de la madera las variaciones
equilibrio higroscópico rápido con el aire          Dimensionales son distintas en cada dirección:
ambiente.
Esto produce un gradiente de humedad de             La mayor variación dimensional se produce en la dirección
afuera a adentro.                                   T
Como ventaja obtenemos inercia higroscópica         • La variación dimensional en la dirección R ~ 0,5 a 0,6 T
y como inconvenientes tenemos mayor                 • La variación longitudinal es muy reducida, despreciable.
dificultad en el secado y sus desigualdades .       L ~0,02 - 0,04 R

                                                                  %H




                                                                                  T1                 T2
• COEFICIENTE DE CONTRACCION LINEAL (K) DE ALGUNAS
                             ESPECIES PARA UNA VARIACION DE UN 1% DE CH

                                                                                 Especie    Dirección      Coeficiente
                                                                                                        contracción lineal
                                                                                                               (k)
                                                                                Pino           T              0.29
                                                                                Radiata        R              0,20
Contracción total




                                                                                Tepa           T              0.31
                                                                                               R              0,15
                                                                                Eucaliptu      T              0.42
                                                                                s              R              0,24
                                                                                Coigue         T              0.30
                                                                                               R              0,15
                                                                                Roble          T              0.29
                       ~5%                       ~20%        Humedad %
                                                                                               R              0,18

                    •Efectos de la retracción en la madera                      Olivillo       T              0,30
                                                                                               R              0,15
                      •    Tensiones en los medios de unión:
                      La dilatación libre es impedida por el elemento de unión y Ulmo          T              0.35
                           pueden originarse grietas en sus vecindades.                        R              0,22
                      •    Desajustes y holguras en los medios de unión:         Tineo         T              0,36
                      Al contraerse la madera se sueltan las uniones                           R              0,18
                      •    Apariciones de grietas por secado
                      Disminuye calidad de la madera y favorece ataque de
                           hongos y organismos xilófagos.
• Humedades según el uso
 Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la
   madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente:

 • Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua)
 • Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad
   (medios muy húmedos)
 • Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad
   (expuestos a la humedad)
 • En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad.
 • En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad.
 • En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad
 • En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad


La madera al momento de la construcción debe tener un:
   CH ~ CH equilibrio lugar
Densidad de la madera

                              Densidad Kg./m3
                                                                                 Frecuencia de densidades ANHIDRA

   Especie            Anhidra    Básica   Nominal                   6
                      M(0%)       M(0%)    M(0%)                    5




                                                       Frecuencia
                      V(0%)      V(CH>P    V(12%)                   4
                                   SF)                              3
                                                                    2
      Luma             1080        1050     1150                    1
                                                                    0
Eucaliptus globulus     800        623          720
                                                                     300   400       500     600      700      800   900   1000
     Coigüe             646        515          594                                        Densidad (Kg/m 3)

      Roble             634        492          607
      Lingue            596        491          530
    Araucaria           565        483          536
      Lenga             545        464          527                     coníferas                  Latifoliadas
      Raulí             508        463          531
      Alerce            460        405          436
   Pino Radiata         454        429          459
                                                      • Densidad real de la madera (pared celular)
                                                      ~ 1500 Kg/m3
                                                             Kg/m
   Pino oregón          412        344          477
                                                      • Cte. Para todas las especies
      Alamo             367        331          372
                                                      • Densidad aparente de las especies es
                                                      función de los huecos que hay en su interior
                                                      funció
Propiedades mecánicas
     de la madera
1. INTRODUCCION

              Flexión                Tracción                 Compresión             Corte     Módulo
                                                                                                 De
                                                                                             Elasticidad

                             paralela          Perpend.   paralela        Perpend.

Madera        120              120               1,5        110             28        12      110.000

Hormigón      80                         6                           80               6       200.000

Acero         1700                      1700                      1700               1000    2.100.000


                        Tabla 1 Comparación de σadm. En Kg/cm2 de la madera,
                                         hormigón y acero


a)   Elevada resistencia a la flexión ( si se asocia a su peso: Resistencia/peso 1.3 mayor que el
     acero y 10 veces mayor que el hormigón)
b)   Buena capacidad a la tracción y compresión paralela a las fibras
c)   Escasa resistencia al corte
d)   Muy escasa resistencia a la tracción y compresión perpendicular a las fibras, sobretodo la
                                                                                 ,
     tracción
e)   Bajo módulo de elasticidad, 0,5 E hormigón y 0,05 E acero → mayores deformaciones y menores
            crí
     cargas críticas de pandeo
2.      PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA


•     Para comprender el comportamiento mecánico de la madera es preciso
      conocer su constitución anatómica


       Material anisotrópico formado por un haz de tubos huecos con una estructura
                anisotró
    diseñada para resistir tensiones paralela a las fibras


                           • El árbol produce esta estructura tubular ya que es tremendamente eficaz
                           para resistir los esfuerzos a que va a estar sometido
                           ( Flexión → viento, Compresión → peso propio)

                           • Debido a la ortotropía de su estructura, en la que se diferencian tres
                                          ortotropí
                           direcciones principales L, R, T, es que sus propiedades mecánicas son
                           distintas en c/u de ellas. ESTO LO DIFERENCIA CON RESPECTO A LOS OTROS
                           MATERIALES.
                           • Los Módulos de elasticidad y resistencias son muy distintos en la dirección
                           longitudinal que en la transversal
                           • La variabilidad no se da solo en las distintas direcciones sino también dentro
                           de las distintas especies y dentro del mismo individuo.
Comportamiento a la Tracción y compresión paralela a las fibras


                                                             Tracción
σ Kg/cm 2


                                                             •  La madera posee una elevada resistencia a tracción paralela a las
                                                                                                          tracció
  400                                                        fibras.
                                                             • En madera libre de defectos la resistencia es mayor que la flexión
                                                                                                                          flexi
                           ón




  300
                                                             • Relación σ – ε es prácticamente lineal
                                                               Relació           prá
                           cci
                        tra




  200
                                                             • Valores característicos de diseño 40 – 180 Kg/cm2
                                             n
                                           ió




                                                             • Ensayo muy difícil de realizar
                                                                          difí
                                         es
                             pr




  100
                            m
                          co




                                                                 Compresión paralela
                                                             ε •    La madera posee una elevada resistencia a compresión paralela a
                                                                                                              compresió
                                                     0.008
                0.002


                                 0.004


                                             0.006




                                                                 las fibras.
                                                                 • Valores característicos de diseño 50 – 260 Kg/cm2

        Relación tensión – deformación de una conifera           • En madera libre de defectos la Relación σ – ε es prácticamente
                                                                                                   Relació           prá
           libre de defectos a tracción y compresión             lineal en la primera fase y luego no lineal en la segunda
                                                                 • El E en compresión paralela es algo menor que en tracción paralela
                                                                           compresió                                tracció
                                                                 • En madera libre de defectos la resistencia a tracción paralela
                                                                                                                tracció
                                                                 resulta mayor que la de compresión paralela, en cambio en maderas
                                                                                         compresió
                                                                 con defectos esta relación se invierte.
                                                                                   relació
•    Comportamiento a la Flexión


P Kg                                                        • La madera posee una elevada
                                                            resistencia a LA FLEXIÓN comparada
                                                            con su densidad.
                                                            •La flexión se origina por un momento
                    ón




                                                            flector que produce en la pieza tensiones
                     xi




                                                            de compresión y de tracción paralela a
                 fle




                                                            las fibras, teniendo sus valores máximos
                                                            en las fibras extremas y nulos en el E.N.
                                                             •El comportamiento a la flexión es una
                                                             combinación del comportamiento a
                                                        Δ cm compresión y a tracción paralela de la
                                                             madera
                                                            • Valores característicos de diseño 70 –
                                                            340 Kg/cm2
       Relación tensión – deformación de una conifera
                  libre de defectos a flexión
•Tracción perpendicular a la fibra

                               • La madera posee una baja resistencia a tracción
                               perpendicular a las fibras.
                               • Esta baja resistencia se debe a la escasa cantidad de
                               fibras que la madera posee en esa dirección (⊥ al eje
                                                                               ⊥
                               del arbol) y falta de trabazón transversal de las fibras
                               longitudinales
                               •Valores característicos de diseño son casi de 30 – 70
                               veces menos que la tracción paralela : 3 -4 Kg/cm2
                               • Esta solicitación resulta crítica:
                                   en piezas curvas ( arcos , vigas curvas, etc.)
                                Cuando se restringe la deformación transversal de la
                               madera
                                En solicitaciones transversales en elementos de
                               unión
  M   Tracción ⊥ fibras   M
•Compresión perpendicular a la fibra

σ Kg/cm2
                                                            •  La resistencia a compresión perpendicular a la
                                                            fibra es muy inferior a la paralela.
  40
                                                            •Valores característicos de diseño 30 – 70
                                                            Kg/cm2
  30
                                                            •El comportamiento tensión – deformación es
  20                                                        lineal en una primera etapa y luego tiene una
                                                            deformación plastica, debido al aplastamiento de
  10                                                        la madera, sin llegar a la rotura clara.
                                                            •Este tipo de esfuerzo es característico en las
                                                            zonas de apoyos de vigas, donde se concentra la
                                                        ε
                                         0.10




                                                 0.15
                 0.025


                         0.050


                                 0.075




                                                            reacción en pequeñas superficies, y debe
                                                            transmitirse sin deformaciones importantes o
                                                            aplastamientos.
          Relación tensión – deformación a compresión
                          perpendicular
• Cortante

El esfuerzo de corte origina tensiones tangenciales que actúan
sobre la fibra de la madera según diversos modos:

1.   Tensiones tangenciales de cortadura: Las
     fibras son cortadas transversalmente por el
     esfuerzo.   La   falla  se   produce   por
     aplastamiento




2.   Tensiones tangenciales de deslizamiento:
     La falla se produce por deslizamiento de
     unas fibras con respecto a otras en
     dirección longitudinal.




3.   Tensiones tangenciales de rodadura: La
     falla se produce por rodadura de unas fibras
     con respecto a otras .
•MODOS DE FALLA DE CORTE POR FLEXIÓN


   TENSIONES CORTADURA Y DESLIZAMIENTO




     Valores característicos de diseño RESISTENCIA AL CORTE
     POR DESLIZAMIENTO son de 6 -25 Kg/cm2
•   Modulo de Elasticidad Longitudinal E
  •     El módulo de elasticidad mas usado es el paralelo a las fibras, sin embargo este es
        diferente ya se trate de solicitaciones de compresión o de tracción

σ Kg/cm 2

                                                                •   El módulo de elasticidad usado es único para
                                                                    la dirección paralela a las fibras, adoptando un
  400                                                               valor aparente de E en flexión ( promedio del
                                                                    de tracción con el de compresión).
                               ón




  300                                               E           •   Este valor varía entre 55.000 – 150.000 Kg/cm2
                            cci
                         tra




  200
                                            n




                                                                    L
                                          ió




                    E                                                         R       •   No se han determinado
                                        es
                              pr




  100                                                                                     experimentalmente
                             m




                                                                                          valores exactos para los
                           co




                                                                                          otros       módulos      de
                                                                                          elasticidad, sin embargo
                                                            ε
                                            0.006


                                                    0.008
                 0.002


                                0.004




                                                                                          se pueden determinar en
                                                                              T           forma aproximada a través
                                                                                          de       las     siguientes
                                                                                          expresiones:
        Relación tensión – deformación de una conifera                                •   ET ~ 0.05 EL
           libre de defectos a tracción y compresión
                                                                                      •   ER ~ 0.07 EL
                                                                                      •   GLT ~ 0.06 EL
                                                                                      •   GLR ~ 0.075 EL
                                                                                      •   GRT ~ 0.018 EL
• FACTORES QUE INCIDEN SOBRE LA VARIABILIDAD
 DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA
1. DEFECTOS
                    E) PUDRICION
                                       I) ACEBOLLADURA

  A) NUDO




 B) GRIETAS
                    F) PERFORACION

                                        J) ALABEOS

 C) RAJADURAS


                    G) COLAPSO




 D) GRANO O FIBRA
 INCLINADA                             K) MEDULA Y CANTO MUERTO
                    H) BOLSILLO DE
                    RESINA O CORTEZA
2. DENSIDAD
• La densidad es uno de los parámetros que mejor se asocia a las
propiedades resistentes de una pieza de madera

                                               1820


                                               1540



                                               1260




                                                     Modulo de rotura Kg./cm2
Seco al aire                                   980


                                               700
       verde

                                               420


                                               140
                                         1.0
                 0.2




                             0.6
                       0.4




                                   0.8




               Densidad Kg./cm3
3. Contenido de humedad
                                                                   PROPIEDAD                        VARIACION (%)
La madera que pierde humedad
                                                       Compresión paralela                                   5
bajo el PSF:
                                                       Compresión perpendicular                              5
 cada célula se compacta más.                          Tracción Paralela                                    2.5
                                                       Tracción Perpendicular                                2
 Las células se hacen cada vez
más rígidas y fuertes.                                 Flexión                                               4
                                                       Cortante                                              3
                                                       Modulo de elasticidad paralelo                       1.5


MAYOR RESISTENCIA                                        Variación de las propiedades mecánicas de la madera libre de
                                                                  defectos por cada 1% de grado de humedad
                resistencia




                              1.0

                              0.8

                              0.6

                              0.4

                              0.2



                                                                  Contenido de humedad
                                         12




                                                  20




                                                             30
                                    2
                                    4
                                    6
                                    8
                                         10




                               Relación media entre CH y propiedades mecánicas de
                                            madera libre de defectos
4. Duración de la carga



                                 1.2


          Resistencia relativa   1.0
                                                                                              EC5



                                 0.8



                                 0.6
                                                   Madison

                                 0.4

                                                                                                                          T (seg.)
                                                     102
                                          100




                                                                       104



                                                                                        106




                                                                                                                   1010
                                                                                              108
                                                                             1 semana




                                                                                                         50 años
                                                                                               10 años
                                                           5 minutos
                                       1 segundo




       INFLUENCIA DE LA DURACIÓN DE LA CARGA
5. TEMPERATURA

         EFECTOS DE LA                           •    EFECTOS TEMPORALES Existen solo a una T particular y
                                                                                  son independientes del período
                                                                                                          perí
      TEMPERATURA EN LAS                                                          de exposición a una alta o baja
                                                                                     exposició
                                                                                  temperatura
          PROPIEDADES
           ELÁSTICAS Y
                                                                                  Son aquellos que permanecen
          RESISTENTES                                                             después que la madera a sido
                                                                                  despué
                                                                                  expuesta a una T particular
                                                 •    EFECTOS PERMANENTES
                                                                                  Estos efectos dependen más del
                                                                                                         má
                                                                                  tiempo de exposición que de los
                                                                                            exposició
                                                                                  valores de T


                                                                                                 TEMPERATURA DE
                                                                                                 EXPOSICION



                                 0º   65 º             100 º                  200 º



EXPOSICION              NO HAY               NO HAY             NO HAY
TEMPORAL



  PEQUEÑOS AUMENTOS EN LA                                                                  EXPOSICION
  RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Y                                       DISMINUCION EN LA      PERMANENTE
         COMPRESIÓN                                                   RESISTENCIA
B) TRATAMIENTO DE LA MADERA


 • Numerosas investigaciones afirman que los efectos de los tratamientos de la
 madera sobre la resistencia se deben principalmente al método de aplicación
 del preservante y no a las sales de impregnación usadas



                                               ALTAS PRESIONES Y TEMPERATURAS
 CAUSAS DEBILITAMIENTO                         EN ALGUNOS PROCESOS DE
                                               IMPREGNACION




                                CRITICO EN MADERAS DIFICIL DE
                                IMPREGNAR ( ALTAS T, PRESIONES POR TIEMPOS
                                PROLONGADOS)
CLASIFICACION DE LA MADERA ASERRADA

  •   OBJETIVOS DE LA CLASIFICACION

       MADERA PROVENIENTE DE ASERRADO DE TRONCOS                                   NECESIDAD DE SEPARARLA EN
       OFRECE UNA AMPLIA GAMA DE CALIDADES Y                                       VARIOS NIVELES O GRADOS, DE
       APARIENCIAS                            Se pone énfasis en                   ACUERDO A LAS NECESIDADES
                                                             la presencia de       DEL USUARIO
                                          • RESISTENCIA      defectos que
                                                             afectan la
                                                             resistencia de la
                                                             madera a las
                                                             solicitaciones a
               CLASIFICACION                                 que va a estar
                                                             sometida                     CLASIFICACION
                                                                                   PARA ASEGURAR AL USUARIO
                                          • ASPECTO       Se pone relevancia
                                                                                   CARACTERISTICAS COMUNES DE
       VISUAL                                             en el aspecto de la      APARIENCIA Y RESISTENCIA DE
                                                          madera                   UNA DETERMINADA CLASE
                                                                                   MADERERA
                             MECANIZADA
Inspección visual de las
Inspecció
piezas    aserradas    que
considera    la   eventual
presencia de una serie de                                            Mas confiable,
defectos    que     pueden   Control mecanizado de                   clasificación rápida para
afectar en mayor o menor     cada pieza para determinar              grandes volúmenes, no
grado    su   APARIENCIA,    sus propiedades                         considera diferencia
RESISTENCIA,      RIGIDEZ    resistentes                             entre especies, mayor
Y/O FUNCIONALIDAD                                                    subdivisión entre grados
                             Menos confiable,
                             basada en la
                             experiencia y en el
                             buen criterio del
                             clasificador
PROPOSITO DE UNA NORMA DE CLASIFICACION


          DESCRIPCION CON MAXIMA PRESICION
            DE LAS PIEZAS QUE PUEDEN SER
              ACEPTADAS EN CADA GRADO


ETAPAS:           Definir defectos a considerar y formas de medición
                  Establecer una cantidad de niveles o grados ( 3 Pino radiata, 4 otras especies)
                  Cuantificar las magnitudes permisibles máximas para cada uno de los defectos para
                cada grado.



 NORMAS :
 • NCH 1970/2 of 88 coniferas
 • NCH 1970/1 of 88 latifoliadas
AGRUPAMIENTO DE ESPECIES MADERERAS QUE CRECEN
          EN CHILE SEGÚN SUS PROPIEDADES MECANICAS


                                               CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA MADERA

El agrupamiento de maderas               VERDE ( CH ≥ 30%)                   SECO (CH = 12%)
destinadas       para      fines
estructurales consiste en crear    GRUPO     ESPECIE MADERERA         GRUPO      ESPECIE
                                                                                 MADERERA
UN CONJUNTO DE ESPECIES
MADERERAS        HIPOTETICAS,       E2      EUCALIPTO                  ES2       EUCALIPTO

caracterizadas               por
                                    E3      AROMO AUSTRIALIANO         ES3       AROMO AUSTRIALIANO
determinadas        propiedades
                                            ULMO                                 LINGUE
resistentes, de modo de que
cualquier     madera      pueda     E4      ARAUCARIA COIGÜE           ES4       ARAUCARIA
identificarse dentro de tal                 COIGÜE (CHILOE)                      COIGÜE (CHILOE)
                                            COIGÜE (MAGALL.)                     COIGÜE , LAUREL, LENGA
conjunto, como equivalente a
                                            RAULI, ROBLE                         MAÑIO HOJAS LARGAS,
una      de   tales    especies             ROBLE( MAULE)                        RAULI, ROBLE ,
madereras hipotéticas.                      TINEO, RENOVAL RAULI                 ROBLE( MAULE)
                                                                                 TINEO, ULMO
Esto se realiza de acuerdo al               ALERCE, CANELO (CHILOE)              ALERCE, CANELO (CHILOE)
                                    E5                                 ES5
método australiano, tanto en                CIPRES DE LA CORDILLERA              CIPRES DE LA CORDILLERA
madera seco como en verde                   CIPRES DE LAS GUAITECAS              COIGÜE (MAGALL.)
                                            LAUREL, LENGA,, LINGUE,              MAÑIO MACHO, OLIVILLO
                                            MAÑIO MACHO, OLIVILLO                PINO RADIATA, PINO
                                            PINO OREGÓN, TEPA                    OREGÓN , RAULI, TEPA,
                                                                                 RENOVAL DE RAULI

                                    E6      ALAMO, PINO RADIATA,       ES6       ALAMO, CIPRES DE LAS
                                            SEQUOIA                              GUAITECAS, MAÑIO
                                                                                 HEMBRA, SEQUOIA
CLASE ESTRCUCTURAL
   La Clase estructural es un índice de la capacidad resistente de una de madera determinada mediante
                                                                                             mediante
   un proceso de clasificación visual o mecánica
                 clasificació           mecá
   Mediante el agrupamiento de especies y la clasificación visual de un determinado grado estructural,
                                             clasificació
   se puede determinar LA CLASE ESTRUCTURAL para maderas en estado verde y seco. Esto se realiza
   de acuerdo a la norma Nch 1990



CLASIFICACION VISUAL                   AGRUPAMIENTO POR ESPECIES           CLASIFICACION                       AGRUPAMIENTO POR ESPECIES
                                                                           VISUAL
IDENTIFICACIO      RAZÓN DE      E1     E2     E3    E4    E5    E6   E7
N DEL GRADO
                                                                           IDENTIFICACIO    RAZÓN DE
                                                                                                         ES1   ES2    ES3    ES4   ES5    ES6   ES7
                   RESISTENCIA                                              N DEL GRADO    RESISTENCIA

                                             CLASE ESTRUCTURAL                                                        CLASE ESTRUCTURAL
     Grado            0,75       F27    F22    F17   F14   F11   F8   F7
estructural Nº 1                                                             Grado           0,75               F34   F27    F22   F17    F14   F11
                                                                           estructural
                                                                              Nº 1
     Grado            0,60       F22    F17    F14   F11   F8    F7   F5
estructural Nº 2                                                             Grado           0,60        F34    F27   F22    F17   F14    F11   F8
                                                                           estructural
                                                                              Nº 2
     Grado            0,48       F17    F14    F11   F8    F7    F5   F4
estructural Nº 3                                                             Grado           0,48        F27    F22   F17    F14   F11    F8    F7
                                                                           estructural
                                                                              Nº 3
     Grado            0,38       F14    F11    F8    F7    F5    F4   F3
estructural Nº 4                                                             Grado           0,38        F22    F17   F14    F11    F8    F7    F5
                                                                           estructural
                                                                              Nº 4

 RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA CLASE
   ESTRUCTURAL Y LA CLASIFICACION VISUAL, MADERA EN                             RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA
                    ESTADO VERDE                                                 CLASE ESTRUCTURAL Y LA CLASIFICACION VISUAL,
                                                                                           MADERA EN ESTADO SECO
AGRUPACION PARA MADERA EN ESTADO          TENSION ADMISIBLE
                                               A COMPRESION
                                                  NORMAL
VERDE (CH ≥ 30%)         SECO (CH = 12%)
                                                    Fcn

                              ES1                   9,0

                              ES2                   7,4

                              ES3                   6,1

      E1                      ES4                   5,0

      E2                      ES5                   4,1

      E3                      ES6                   3,4

      E4                      ES7                   2,8

      E5                                            2,3

      E6                                            1,9

      E7                                            1,6



           TENSION ADMISIBLE A COMPRESION NORMAL
CLASE                     TENSIONES ADIMISIBLES DE:                    MODULO DE
ESTRUCTURAL                            Mpa.                               ELASTICIDAD
                                                                          EN FLEXION
              Flexión       Compresión      Tracción paralela   Cizalle
                                                                              EF
                Ff           paralela              F tp          F cz
                               F cp

    F34        34,5             26,0              20,7           2,45       18.150

    F27        27,5             20,5              16,5           2,05       15.000

    F22        22,0             16,5              13,2           1,70       12.600

    F17        17,0             13,0              10,2           1,45       10.600

    F14        14,0             10,5              8,4            1,25        9.100

    F11        11,0             8,3               6,6            1,05        7.900

    F8         8,6              6,6               5,2            0,86        6.900

    F7         6,9              5,2               4,1            0,72        6.100

    F5         5,5              4,1               3,3            0,62        5.500

    F4         4,3              3,3               2,6            0,52        5.000

    F3         3,4              2,6                2             0,43        4.600

    F2         2,8              2,1               1,7            0,36        4.350



                Tensiones admisibles y E para madera aserrada
PINO RADIATA


                                 TENSIONES ADMISIBLES DE:                 MODULO DE
                                          [MPA]                           ELASTICIDAD
   CLASE                                                                   EN FLEXION
ESTRUCTURAL   FLEXION   COMPRESION     TRACCION    COMPRESION   CIZALLE       Ef
                 Ff      PARALELA      PARALELA      NORMAL
                            Fcp           Ftp          Fcn        Fcz
    GS          11         8,3            6,6          2,5        0,9        10500
    G1          7,5        5,6            4,5          2,5        0,7        9000
    G2          4,0        4,0            2,0          2,5        0,4        7000
DISEÑO DE ELEMENTOS DE
        MADERA
Consideraciones de diseño:

  Temperatura < 50º C; ocasionalmente T<65º C
  Cargas de PP y SC de acuerdo a Nch 1537:
  Cargas de Viento de acuerdo a Nch 432;
  Cargas de Sísmicas de acuerdo a Nch 433
  La madera debe tener un CH ~ CH equilibrio
  CH se controlará de acuerdo a la Nch 176/1
    UBICACIÓN DE LA MADERA EN EL     HUMEDAD DE EQUILIBRIO PROMEDIO      TOLERANCIA PARA EL CH DE LA
              EDIFICIO                  PARA LAS CONDICIONES DE                MADERA A USAR
                                          SERVICIO SEÑALADAS

   A. RECINTOS CUBIERTOS ABIERTOS         CH EQUILIBIO DEL LUGAR                     ± 3%



   B. RECINTOS CUBIERTOS CERRADOS                  12%                               ± 3%
   SIN CALEFACCION O
   CALEFECCIONADOS INTERMITENTES

   C. RECINTOS CONTINUAMENTE                       9%                                ± 3%
   CALEFACIONADOS



                  Humedad de equilibrio para maderas ubicadas en edificios con distintas
                                                                               distintas
                                         condiciones de servicio
TENSIONES ADMISIBLES Y MODULOS ELASTICOS:
        Para la determinación de las Tensiones ADMISIBLES se deben considerar el CH que ella
        tenga al momento de construcción y puesta en servicio


        CH construcción

                                                                   • Piezas con espesor mayor a 100mm. Clasifica
                                                                   en estado verde ,CH > 20%; en el momento de la
                                                                   construcción
                                                                   •Piezas con CH ≤ 12% y espesor t ≤ 100 mm.
  20%                                                              Clasifica en estado seco
               seco




                                             verde
                          interpolar


    12%



                                                     CH servicio
                      12%              20%


   •Piezas con 12% ≤ CHcnst. ≤ 20% y espesor t ≤ 100 mm.

• Solo si espesor t ≤ 50 mm.; Carga total no se aplica hasta que la madera este a un CH< 12%;
Las σ originadas por DL < σ verde
Factores de modificación generales



              σ diseño = σ admisible (FMG)(FMP)

                   E f, diseño = E f (FMG)

               Factores de modificación generales:
               1. FMG por CH
               2. FMG por duración de la carga
               3. FMG por temperatura
               4. FMG por trabajo conjunto
               5. FMG por tratamiento químico
1. FMG por Contenido de Humedad                                                        2. FMG por duración de la carga Kt
                                                                                                                           KD = 1,747         + 0,295

                                           FMG CH                                                                                  t 0,0464

             1,05
                                                                                                                       FMG Kd

               1                                                                           2,50

             0,95                                             Flexion, Comp.Paral,
                                                                                           2,00
                                                              Tracc. Paral.
FMG por CH




                                                              Cizalle
              0,9
                                                                                           1,50
                                                              Compresion Normal                                                                     Kd




                                                                                      Kd
             0,85
                                                                                           1,00
                                                              Modulo de elasticidad
              0,8
                                                                                           0,50
             0,75

                                                                                           0,00
              0,7
                                                                                                  1   60     3600   86400 3E+06 3E+07 3E+08 2E+09
                    0   1    2    3    4    5   6     7   8
                                                                                                                    Tiempo (seg)
                            Variación Ch c/r al 12%




                                                                                                           1 hora       1 mes 10 años
                                                                                                                                 añ
                                                                                                                                         50 años
                                                                                                                                            añ
                                                                                                  1 minuto 1 día
                                                                                                             dí                1 año
                                                                                                                                 añ
3. FMG por temperatura Kt                                                    4. FMG por trabajo conjunto Kc

 Este factor se aplica a tensiones y
 modulo de elasticidad para piezas
 aserradas en estado seco ( CH = 20%),
 para temperaturas de servicio ≠20ºC
                                 20º

                              FMG por temperatura                                                                     3 o más elementos
                                                                                                                           paralelos
                                                                                    < 610 mm.
         1,15

          1,1
                                                                                                           MADERA ASERRADA CUYA
         1,05
                                                                                  TENSION                 MENOR DIMENSION, EN MM. ,
                                                         E_CH=0%
           1                                                                      ADMISIBLE                         ES:
                                                         E CH=12%                 AFECTADA
FMG KT




         0,95                                                                                             MENOR QUE       114 mm. O
                                                         Otras propiedades CH =                            114 mm.           MAS
          0,9
                                                         0%

         0,85
                                                         Otras propiedades CH =         Flexión               1,15          1,15
                                                         12%

          0,8                                                                                                 1,15          1,10
                                                                                  Cizalle longitudinal
         0,75

          0,7                                                                        Compresión               1,10          1,10
                0   10   20     30    40    50      60                            paralela a las fibras
                         Temperatura ºC                                              Compresión               1,10          1,10
                                                                                  normal a las fibras
                                                                                  Tracción paralela a         1,00          1,00
                                                                                      las fibras
                                                                                      Módulo de               1,00          1,00
                                                                                    elasticidad en
                                                                                        flexión
5. FMG por tratamiento químico Kq
                                                       La madera debe ser sometida
    Condiciones ambientales favorables                 a un proceso de preservación
    para el desarrollo de la pudrición u               con método y tipo de
    otro tipo de deterioro en estructuras              preservantes especificados en
    permanentes                                        Nch 630, Nch 755 y Nch 1439




                                    Proceso de preservación

 Hacer los cortes y perforaciones
 antes de proceso de preservación
                      preservació


DEBE EVITARSE contacto Directo de la madera con
hormigón, albañilería o suelo, cuando se utiliza MADERA
hormigó albañilerí
NO PRESERVADA de estructuras permanentes
                                                                   10 mm.
                                                                   MÍNIMO


                                                                                  ESPACIO DE AIRE




                                   EVITARSE
K Q = 1.0 salvo:


    • Elementos tratados con ignífugos
    • Elementos tratados con otro producto que reduzca su rigidez o resistencia


 PARA MADERA ASERRADA, PREVIAMENTE SOMETIDA A INCISIONES Y CUYO
                  ESPESOR ES 89 mm. O MENOS



  CONDICIONES EN
                                             KQ                                      KQ
     SERVICIO
                          PARA MÓDULO DE              PARA OTRA            Madera aserrada, postes y
                            ELASTICIDAD              PROPIEDADES           madera laminada:
VERDE                            0,95                     0,85
                                                                                     0,90
SECO                             0,90                     0,70



                       Factor de modificación por tratamiento químico Kq
                                 modificació                  quí
Dimensionamiento de piezas estructurales
          de madera aserrada
1. Diseño de vigas
 El dimensionamiento de VIGAS DE MADERA comprende el análisis de:
   Efectos del momento flector, incluyendo los efectos de ESTABILIDAD
 LATERAL
   Efectos de esfuerzo de corte producto de la variación del momento flector y
 VERIFICACION DEL CORTE EN LOS APOYOS POR REDUCCION BRUSCA DE
 LA SECCION
   Aplastamiento en los apoyos y bajo cargas concentradas
   Deformaciones


a) En el diseño de elementos a flexión:

               σ trabajo ≤ Ff, dis              a

               ζ trabajo ≤ Fcz, dis
                                                                L
                 f cn ≤ Fcn, dis
                                                           Lc =L+a
                 w ≤ wadmisible
a) FLEXION
A pesar de que el comportamiento de las vigas de madera no es rigurosamente elástico, se suele
adoptar la teoría convencional de flexión elástica que nos entrega la Resistencia de Materiales
Si suponemos que la estabilidad lateral está proveída y que la tensiones producto del momento
flector son paralelas a las fibras estas serán:

       σ = M máximo / W      donde W = Módulo de flexión de la sección transversal neta

Y debe cumplirse que

                                         σ ≤ F ft, dis ;

                               con F ft, dis = Ff . FMG . Khf

FMG = KH . KD . KT . KC . KQ         y                                    Khf para vigas con alturas >50 mm.

                                                1,05



                                                  1



                                                0,95
   K hf = ( 50/h)1/9
                                          Khf




                                                 0,9                                                           Khf para vigas con
                                                                                                               alturas >50 mm.

                                                0,85



                                                 0,8



                                                0,75
                                                       0   50   100      150   200   250   300    350   400

                                                                      Altura de viga en mm.
Diseño de Vigas
 Diseñ



• Estabilidad lateral                          Las consideraciones para desarrollar toda la capacidad
                                               en flexión de la viga, son válidas cuando existe soportes
                                               laterales en la cara de compresión de las vigas que
                                               impidan el volcamiento lateral de esta.
                                               Cuando no se cuenta de apoyos laterales en la zona
                                               comprimida por flexión la viga puede presentar una
                                               tendencia al pandeo lateral y fallar a cargas menores que
                                               las correspondientes a la falla por flexión cuando existen
                                               apoyos adecuados
                                               El Pandeo Lateral depende de:
                                                 Distancia entre apoyos laterales de la zona comprimida
                                               de la viga
                                                Dimensiones de la sección


                                   Si la viga tiene problemas de inestabilidad
                                   lateral la tensión de diseño será:
        Distancia entre apoyos laterales l a

                                                            F fv, dis = Ff . FMG . Kv



                   la
Diseño de Vigas
 Diseñ




 • Factor de modificación por volcamiento Kv


 Se puede tomar el Factor Kv = 1.0 si:
                                                                                     entablado


                       b


                                                                                          s
                             h
                                                Costaneras apoyadas
                                                                                O viguetas s < 610 mm.

                                           Riostras o tirantes


h/b < 2            h/b < 3       h/b < 4                              h/b < 5
Diseño de Vigas
 Diseñ                                                           Entablado superior e
                                                                 inferior




Se puede tomar el Factor Kv = 1.0 si:
                                                                 O viguetas que apoyen
                                                                 toda la altura




                                               h/b < 7


SI NO SE CUMPLE CON LO ANTERIOR KV < 1.0;                KV = f (λv )
DEBE CALCULARSE λv
                                               Donde:
                                               lv = longitud efectiva de volcamiento en mm.
                                               Es función de:
                               λv =     lv h
                                               • de tipos de apoyos,
                                        b2     • tipo de carga
                                               •la
                                               h = altura de la viga en mm.
                                λv ≤ 50
                                               b = ancho de la viga en mm.
Kv = 1.0
                                                                            Kv = 1.0 – 0,33 ( λ v / λv0)4
                           Valores de Kv

     1




                                                                      Kv = (0.40 *E f dis) / ( λ v 2 * Ff,dis)
Kv




                                                      Valores de Kv




     0                                                                      λv0 = 0,775 Ef dis
         1

                        Esbeltez
                                                                                        Ff, dis


             λ v = 10              λ v = λv0      λ v = 50

                                               con:
                                           F f, dis = Ff. x FMG (excluido Kh)
                                           E f dis = E . x FMG
b) CORTE

       Dado que la falla en piezas flexionadas de madera siempre será por cizalle longitudinal (horizontal), no es
                                                                 será
       necesario verificar el cizalle transversal.
       • Determinación del esfuerzo de corte


       En vigas apoyadas en un apoyo completo sobre un canto y con cargas apoyadas en el canto
       opuesto:




                                                                      h
      h
                                                                                 h


                           h


Despreciar el efecto de estas cargas
                                                                                         Diagrama de corte
La tensión de trabajo máxima de cizalle longitudinal en elementos flexionados de madera
aserrada sin rebaje, se determina por:

                                          Con:
                                          fcz = Tensión de trabajo de cizalle longitudinal

             fcz = 1.5 Q / (bh)           Q = Esfuerzo de corte Máximo
                                          b = Dimensión nominal de la sección transversal en mm,
                                          normal a la dirección de la carga.
                                          h = Dimensión nominal de la sección transversal en mm,
                                          paralela la dirección de la carga.


Diseño:
               f cz ≤ F cz, dis            F cz, dis = F cz * FMG * KR


                Con:

                F cz,dis = Tensión de diseño de cizalle longitudinal
                           Tensió     diseñ
                F cz = Tensión admisible de cizalle longitudinal
                          Tensió
                FMG = KH * KD * KT * K C * KQ
                K R = Factor de modificación por rebaje
                                modificació
Verificación en zonas de apoyos con rebaje

    a)    Rebaje inferior

         En extremos de las vigas con rebaje inferior ya sea recto o inclinado debe controlarse que:

    hr
h
    a                                               f cz ≤ F cz, dis                                        Con : f cz = 1,5 Q / (b * hr)


                 e                                                                 Factor de modificación por rebaje inferior

                                                                        1

    Rebaje Recto a/h ≤ 0,50                                            0,9
                                                                       0,8

               Kr = (hr / h) 2                                         0,7


                                                           K r, K ri
                                                                                                                                       Kr
                                                                       0,6
                                                                                                                                       Kri
                                                                       0,5
                     hr                                                0,4
           h                                                           0,3
                     a                   Φ                             0,2
                                                                             0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95   1   1,05
                                                                                                     hr/h
                                 e


           Rebaje Inclinado a/h ≤ 0,50 ; Φ ≤ 15º
                                     Kri = hr / h
Verificación en zonas de apoyos con rebaje

     b) Rebaje superior

     En extremos de las vigas con rebaje superior ya sea recto o inclinado debe controlarse que:


             e
                                        f cz ≤ F cz, dis                 Con : f cz = 1,5 Q / (b * hr)


      a                                                     Factor de modificacion por rebaje superior Krs,
h    hr                                                                      cuando e< hr

                                                      1,1
                           e                                                                                                         e/hr=0
                                                       1                                                                  e/hr = 0
                                                                                                                                     e/hr=0,1
                 a                                    0,9                                                                            e/hr=0,2
            h                                         0,8                                                                            e/hr=0,3
                 hr
                                                Krs

                                                                                                                                     e/hr=0,4
                                                      0,7                                                                            e/hr=0,5
                                                      0,6                                                                            e/hr=0,6

    Rebaje Recto e Inclinado a/h ≤ 0,50                                                                                              e/hr=0,7
                                                      0,5                e/hr = 0,5
                                                                                                                                     e/hr=0,8
     Krs = (1 – (a / h)(e/hr )) si e ≤ hr             0,4                                                                            e/hr=0,9
                                                              0   0,05    0,1   0,15   0,2     0,25 0,3   0,35   0,4   0,45   0,5    e/hr=1,0
                                                                                             e/hr = 0,1
                                                                                               a/h
     Krs = hr / h              si e ≤ hr
Diseño de Vigas
  Diseñ


c) DEFORMACIONES

La    deformación       máxima
admisible de un elemento                                            Deformaciones máximas admisibles
sometido a flexión se debe fijar,         Tipos de viga                              Peso propio mas
en general, de acuerdo al tipo                                       Sobrecarga
                                                                                     sobrecarga
de estructura, teniendo en
cuenta:                             1. VIGAS DE TECHO
                                    1.1 Construcciones                                    L/200
• posibilidad de daño de los
                                    Industriales
materiales de recubrimiento
(tabiques cielos, terminaciones,    1.2 Oficinas o construcciones
                                    habitacionales
etc.)
                                    1.2.1 Con cielos enyesados o        L/360             L/200
• Exigencias estéticas              similares
• Exigencias funcionales            1.2.2 Sin cielos enyesados o                          L/200
                                    similares
Si no se tiene información de
requisitos   especiales    de       2. VIGAS DE PISO
deformación    admisible   se       2.1 Construcciones en general       L/360             L/300
puede adoptar:
                                    2.2 Puentes carreteros              L/360
Deformaciones a largo plazo (creep)

   Cuando las solicitaciones permanentes “g” exceden el 50% de la solicitación total “q” la
   verificación de la flecha debe incorporar la deformación por ceep, la que se puede considerar
   proporcional a la deformación elástica.
                                                       Donde:
                                                       δelástica = deformación elástica instantánea
             δ Total = δelástica (1 + ρ )              determinada por la totalidad de la carga
                                                       ρ = Factor de creep

                                                                                  Factor 1+ro

               ρ = (1/ kδ) -1                          3,0
                                                       2,8
con :                                                  2,6
                                                                                                          CH < 20%
                                                                                                          CH >=20%
                                                       2,4
kδ = 3/2 – (g/q) para CH < 20%                         2,2


                                                1+ro
                                                       2,0

kδ = 5/3 – (4/3)(g/q) para CH ≥ 20%                    1,8
                                                       1,6
                                                       1,4
                                                       1,2
                                                       1,0
                                                             0,5   0,6      0,7      0,8        0,9   1
                                                                   carga muerta/ carga total (g/q)
En vigas cuya relación L/h < 20 , las deformaciones por corte son importantes y
deben incorporarse estas deformaciones.
Estas deformaciones se pueden evaluar a través de la siguiente expresión
aproximada:


                                                          Donde:
                         δ Q = 1,2 M / GA                 M = Momento Flector Máximo
                                                                              Má
                                                          G = Módulo de Corte
                                                              Mó
                                                          A = Sección transversal de la
                                                              Secció
                                                          viga

                                            h



                     L
                                                 L/h < 20
ELEMENTOS EN COMPRESION NORMAL A LAS FIBRAS
La tensión de trabajo por aplastamiento en superficies de apoyo, solicitadas ortogonalmente a la fibra, se
   tensió                                                        solicitadas
determina en base a el área neta aplastadas

                                            Donde:
             f cn = R / A n                 f cn = Tensión de trabajo por aplastamiento, Mpa.
                                                   Tensió                                Mpa.
                                            R = Carga aplicada, N.
                                            An = Sección aplastada, mm2
                                                 Secció




     R                                               Diseño:             f cn ≤ F cn, dis

           An = Sección aplastada
                Secció



                          F cn, dis = F cn * K H * K T * K c * K Q * K CN
FACTOR DE MODIFICACION POR APASTAMIENTO K cn




                                  d          l        s                  h


En todo elemento solicitado a compresión normal a las fibras y cuya superficie
aplastada está distanciada de otra en una magnitud “d” mayor o igual que 150 mm., se
puede incrementar el valor de la tensión admisible en compresión normal, siempre que
se cumplan las siguientes restricciones:

a) La longitud “l” o díametro de la superficie aplastada del elemento,
                     dí                                                  l ≤ 150 mm.
medida en dirección de las fibras, no excede de 150 mm.
            direcció

b) La distancia “s” entre la superficie aplastada y el extremo s > 100 mm. Si h > 60 mm.
del elemento, medida en dirección de las fibras, cumple con:
                          direcció
                                                               S > 75 mm. Si h ≤ 60 mm.

El factor que incrementa la tensión admisible a compresión
normal es:                                                          K cn = (150 / l)1/4 ≤ 1.80

           Si una pieza no cumple con las
           condiciones anteriores Kcn = 0.80
EJEMPLO DE APLICACIÓN EN
 EL DISEÑO DE UNA VIGA DE
         MADERA
A

6 @ 60 = 360




                             A   15 @ 30 = 450

                                     475
               P = 7,3 Ton           P = 7,3 Ton



                                                   Corte A -A



                         6 @ 60 = 360
20                                                                                               20
                                                         455

                   P (por viga) = 7,3/3 = 2,433 [Ton]   475
                                                                                        w DL = 0,1 T/m
                                                                                        MDL = 0,26 T-m
                                                                                        VDL= 0,1875 T ( a 0,4 mts del eje del
                                                                                        apoyo)
                                                              M (máx.) = 2,77 [Ton-m]
                                                                (má           [Ton-
                                                                                        DESPRECIAR FRENTE A CARGA P
    a = 10 + h =
    10+30= 40 [cm]
              [cm]    P = 2,433 [Ton]




V = 2,22 [Ton]
                                                        V = 0,21 [Ton]
CLASIFICACION VISUAL                          AGRUPAMIENTO POR ESPECIES
            CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA MADERA
                                                               IDENTIFICACIO          RAZÓN DE        E1     E2      E3    E4    E5      E6    E7
                                                               N DEL GRADO
 VERDE ( CH ≥ 30%)                  SECO (CH = 12%)                                   RESISTENCI
                                                                                                                   CLASE ESTRUCTURAL
GRUPO   ESPECIE MADERERA    GRUPO     ESPECIE MADERERA                                A

                                                                   Grado                 0,75         F27    F22     F17   F14   F11     F8    F7
 E2     EUCALIPTO            ES2      EUCALIPTO
                                                               estructural Nº
                                                                     1
 E3     AROMO                ES3      AROMO AUSTRIALIANO
        AUSTRIALIANO                  LINGUE                       Grado                 0,60         F22    F17     F14   F11   F8      F7    F5
        ULMO                                                   estructural Nº
 E4     ARAUCARIA COIGÜE
                    COIGÜ    ES4      ARAUCARIA                      2
        COIGÜE (CHILOE)               COIGÜE (CHILOE)
        COIGÜE (MAGALL.)              COIGÜE , LAUREL, LENGA
                                      COIGÜ                        Grado                 0,48         F17    F14     F11   F8    F7      F5    F4
        RAULI, ROBLE                  MAÑIO HOJAS LARGAS,      estructural Nº
        ROBLE( MAULE)                 RAULI, ROBLE ,                 3
        TINEO, RENOVAL                ROBLE( MAULE)
        RAULI                         TINEO, ULMO                  Grado                 0,38         F14    F11     F8    F7    F5      F4    F3
                                                               estructural Nº
                                                                     4
 E5     ALERCE, CANELO       ES5      ALERCE, CANELO (CHILOE)
        (CHILOE)                      CIPRES DE LA CORDILLERA       RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA CLASE
        CIPRES DE LA                  COIGÜE (MAGALL.)             CLASIFICACION VISUAL LA CLASIFICACION VISUAL, MADERA EN
                                                                      ESTRUCTURAL Y            AGRUPAMIENTO POR ESPECIES
        CORDILLERA                    MAÑIO MACHO, OLIVILLO                                 ESTADO VERDE
        CIPRES DE LAS                 PINO RADIATA, PINO OREGÓN    IDENTIFICACI          RAZÓN DE      ES1    ES2    ES3   ES    ES5    ES6   ES7
        GUAITECAS                     , RAULI, TEPA, RENOVAL DE       ON DEL            RESISTENCIA                         4
        LAUREL, LENGA,,               RAULI                           GRADO
        LINGUE,                                                                                                     CLASE ESTRUCTURAL
        MAÑIO MACHO,
        OLIVILLO                                                        Grado              0,75               F34    F27   F22   F17    F14   F11
        PINO OREGÓN, TEPA                                          estructural Nº 1

 E6     ALAMO, PINO          ES6      ALAMO, CIPRES DE LAS              Grado              0,60        F34    F27    F22   F17   F14    F11   F8
        RADIATA, SEQUOIA              GUAITECAS, MAÑIO HEMBRA,     estructural Nº 2
                                      SEQUOIA
                                                                        Grado              0,48        F27    F22    F17   F14   F11    F8    F7
                                                                   estructural Nº 3

                                                                        Grado              0,38        F22    F17    F14   F11   F8     F7    F5
                                                                   estructural Nº 4
CLASE                                  TENSIONES ADIMISIBLES DE:                                        MODULO DE
  ESTRUCTURAL                                         Mpa.                                                   ELASTICIDAD
                                                                                                              EN FLEXION
                          Flexión         Compresión              Tracción                 Cizalle
                                                                                                                  EF
                             Ff            paralela               paralela                  F cz
                                             F cp                    F tp

        F17                17,0                13,0                    10,2                 1,45               10.600

        F11                11,0                8,3                     6,6                  1,05                7.900


Consideraciones de diseño:                                        AGRUPACION PARA MADERA EN                     TENSION
                                                                           ESTADO                             ADMISIBLE
                                                                                                                   A
   Temperatura 20º C; promedio                                                                                COMPRESIO
                                                                  VERDE (CH ≥              SECO (CH =
  La madera debiera tener un CH                                      30%)                     12%)             N NORMAL
~ CH equilibrio ~ 16% (Temuco)                                                                                    Fcn
                                                                         E1                    ES4                5,0
 Madera tratada con creosota
                                                                         E2                    ES5                4,1
 Para las resistencias :
                                                                         E3                    ES6                3,4
 CH madera construcción   y servicio >                                   E4                    ES7                2,8
20%
                                 CLASE                  TENSIONES ADIMISIBLES DE:              MODULO DE
                              ESTRUCTURAL                         Mpa.                         ELASTICIDAD
                                                                                                EN FLEXION
                                                                                                    EF
                                              Flexión          TENSION          Cizalle
madera verde                                     Ff          ADMISIBLE A
                                                             COMPRESION
                                                                                    F cz

                                                               NORMAL
                                                                 F cn

                                    F11        11,0              2,8                1,05             7.900
σ diseño = σ admisible (FMG)(FMP)
      diseñ



    E f, diseño = E f (FMG)

Factores de modificación generales:
1. FMG por CH: no hay, usar tensiones en estado verde
2. FMG por duración de la carga: KD = 1,5 (1 hora) LL; KD = 1,0 (10años) DL
3. FMG por temperatura: como las temperaturas no varían sustancialmente
   de un promedio de 200 C Kt =1.0
4. FMG por trabajo conjunto Kc= 1.15
5. FMG por tratamiento químico Kq = 1.0
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  • 1. I SEMINARIO PROYECTO: “DESARROLLO DE BASES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ALTERNATIVAS DE CONSTRUCCIÓN Y REPARACIÓN DE PUENTES EN CAMINOS SECUNDARIOS, OCUPANDO MATERIAS PRIMAS ECOLÓGICAS Y SUSTENTABLES” Proyecto apoyado por: JULIO 2009
  • 2. ESTRUCTURA DE MADERA UNA VISION DEL MATERIAL Y EL DISEÑO Autor: Ingeniero Gian Mario Giuliano Departamento de Ingeniería Civil Ingenierí Universidad de Concepción Concepció Proyecto apoyado por: Año: 2009
  • 3. •INTRODUCCION • Para diseñar una estructura de madera debemos conocer algunas de sus características, especialmente las relacionadas con sus propiedades estructurales • Madera → arbol Las especies forestales se clasifican en dos grandes grupos: CONIFERAS Y LATIFOLIADAS • Las diferencias son de tipo botánico, pero no pueden extrapolarse al campo de las propiedades físico – mecánicas • Confusión proviene de la denominación inglesa: Hardwood (maderas duras) Softwood (Maderas blandas) Concepto no aplicable a maderas chilenas ya que existen coníferas con propiedades físico-mecánicas mejores que las latifoliadas y viceversa.
  • 4. Coniferas Los bosques de coníferas: naturalmente en el hemisferio norte, en zonas frías y templadas y, en menor proporción, en zonas similares del hemisferio sur. las coníferas se hallan en menor número que las latifoliadas. En Chile casi no hay bosques de coníferas naturales, sólo por plantaciones. Las coníferas se caracterizan por coní presentar: • El árbol, generalmente de tronco recto, cónico hasta su ápice y có revestido por las ramas. • La madera, homogénea y constituida homogé por células que se agrupan en bandas cé concéntricas claras o leño de concé leñ primavera y oscuras o leño de verano, leñ las cuales conforman anillos de crecimiento. crecimiento.
  • 5. Latifoliadas Los bosques nativos de nuestro país están compuestos en su gran mayoría por especies latifoliadas de clima templado. Las latifoliadas de distinguen por tener: • El árbol, de copa ramificada bien definida. El tronco varía en dimensiones y formas. • La madera, o leño, heterogéneo, lo forman diferentes tipos de células. A diferencia de las coníferas, las latifoliadas presentan vasos. Por lo general no se pueden diferenciar fácilmente los anillos de crecimiento de la madera, como en las coníferas. coní
  • 6. 1. Propiedades físicas de la madera • El Material L La madera es un material de crecimiento natural, constituido por entramados celulares anisotrópicos, compuesto esencialmente por celulosa y ligados entre si por un cementante, la lignina. Las distintas células, de forma tubular (L ~ 1mm. A 8mm), se disponen predominantemente según la dirección axial del tronco, pero también existen algunas dispuestas T transversalmente, por este motivo es, en gran medida, la diferente respuesta estructural de la madera.
  • 7. Las propiedades resistentes de la albura y el duramen no son significativamente distintas, sin embargo, el duramen es menos permeable que la albura. • Modelo: l r • Distintas propiedades en cada dirección •Características físico- mecánicas dependen del plano o dirección que se considere t
  • 8. HIGROSCOPICIDAD • Llamamos higroscopicidad a la propiedad que tiene la madera de intercambiar agua con el ambiente. Este intercambio depende sobre todo de la humedad y de la temperatura del aire. Es casi constante en lo que se refiere a las distintas maderas, porque se trata de una PSF propiedad de la pared celular. • Este agua se absorbe en distintos niveles : aire - Agua de sorción o constitución: es la que retiene la celulosa. Se sorció constitució absorbe con más fuerza y forma puentes de hidrógeno entre las distintas moléculas. Provoca la hinchazón en sentido radial y transversal. Tiene una influencia directa sobre las propiedades de la madera y es la más difícil de extraer, ya que es necesario para lograrlo agua de forma completa usar estufa a 105 ºC. Por tanto, salvo el caso de madera seca anhidra, siempre estará presente y en equilibrio con el aire. HUMEDAD DE LA HUMEDAD DE LA - Agua de adsorción o saturación : se adhiere a la pared celular, cuesta menos desprenderla pero a su vez más que el MADERA sólido - Agua capilar: retenida en las estructuras microscópicas celulares por capilaridad, se presenta cuando la fibra empieza a estar saturada. MADERA - Agua libre: llena el lumen celular, y satura por completo la madera, se presenta en la madera verde y completamente saturada por inmersión. No tiene ligazón.
  • 9. Contenido en humedad de la madera La humedad de la madera se define como el cociente: CH = PH – P0 x 100 Siendo : PH el peso de la probeta húmeda P0 Po peso de la probeta seca anhidra Es decir, es la proporción en pesos del agua presente respecto al peso total de la proporció madera completamente seca, madera seca anhidra, secada en estufa. estufa. Nos podemos encontrar con: - Madera en verde: madera que no ha sufrido ningún proceso de secado, tendrá H> 30% como mínimo (en general) y puede llegar con facilidad a un 100% de humedad. La madera que por mojado o inmersión está saturada tiene también H =30%. - Madera seca: se ha secado de forma más o menos controlada; tendrá siempre menos de un 18% de humedad (madera “seca” comercialmente); para los ensayos mecánicos la humedad debe ser del 12%. - Madera seca anhidra: con H= 0% por definición tras estar en estufa a 105º C durante 24 horas al menos. • Además hay otras referencias. A partir de H = 20% tenemos una madera húmeda que tiene riesgos serio de pudriciones y ataques. • En la práctica es muy importante medir la humedad de la madera. La forma inequívoca y precisa es mediante la estufa, con la fórmula citada. Comúnmente usaremos los higrómetros de resistencia calibrados para cada especie. Para una medida aproximada en obra son suficientes. En el caso de ensayos en laboratorios se han de cotejar con el secado en estufa.
  • 10. •Punto de saturación de las fibras agua libre CH ~ 25% - 35%, En una primera etapa Al comenzar el proceso de Este punto recibe el la madera se pérdida de humedad, la nombre de Punto de madera entrega al ambiente saturación de las fibras encuentra con sus el agua libre contenida en (PSF) cavidades y paredes sus cavidades hasta alcanzar celulares llenas de un CH ~ 25% - 35%, Constituye el límite decisivo para el comportamiento lí agua. independiente de las de la madera: especies forestales. • CH > PSF única propiedad que se altera es el peso • CH < PSF todas las propiedades físicas y mecánicas se mecá alteran al variar el CH. CH
  • 11. •RANGO HIGROSCOPICO Y HUMEDAD DE EQUILIBRIO 17% • El rango de humedad entre 0% - PSF se designa por Rango higroscópico de la madera ( dentro de este rango la madera al estar expuesta a las condiciones atmosféricas de T, H, y presión atmosférica y al estar protegida del acceso directo del agua, tenderá a equilibrar su CH propio con el del ambiente). • HUMEDAD DE EQUILIBRIO HIGROSCÓPICO de la madera. El tiempo que se demora la madera en alcanzarlo es variable y depende de la especie forestal y sus dimensiones. • La humedad de equilibrio es un valor Cte. para todas las especies • La influencia más importante es la de la humedad ambiente y, en menor medida, de la temperatura.
  • 12. HUMEDAD DE EQUILIBRIO MEDIAS PARA DISTINTAS CIUDADES DE CHILE La cantidad de agua absorbida o humedad de equilibrio puede llegar a ser muy grande si la referimos al peso total de la HUMEDAD DE EQUILIBRIO % madera y si la comparamos con el resto de materiales de 20 construcción usuales. 18 16 14 H.E.% 12 10 EQUILIBRO HIGROSCÓPICO 8 (% en peso) 6 4 Para 20º C y 70-80 % de humedad relativa 2 del aire 0 Ladrillo cerámico 1,8 – 2,1 IQUIQUE CHUQUICAMATA ANTOFAGASTA COPIAPO LA SERENA VALPARAISO SANTIAGO CHILLAN CONCEPCION TEMUCO VALDIVIA OSORNO PUERTO MONTT PUERTO AISEN PUNTA ARENAS Mortero 1:6 3 – 3.5 Mortero de cal 5–6 Yeso 5–6 Madera 15 – 18
  • 13. Gradiente de humedad Si el CH < PSF la variación del contenido de humedad produce una variación en el volumen de la madera: La porosidad de la madera es distinta según las especies y también según la CH disminuye ► Volumen disminuye dirección de la fibra.( paralela o perpendicular) CH Aumenta ► Volumen aumenta Para secciones mayores de 200 cm2 tendremos dificultades para llegar a un Por la anisotropía de la madera las variaciones equilibrio higroscópico rápido con el aire Dimensionales son distintas en cada dirección: ambiente. Esto produce un gradiente de humedad de La mayor variación dimensional se produce en la dirección afuera a adentro. T Como ventaja obtenemos inercia higroscópica • La variación dimensional en la dirección R ~ 0,5 a 0,6 T y como inconvenientes tenemos mayor • La variación longitudinal es muy reducida, despreciable. dificultad en el secado y sus desigualdades . L ~0,02 - 0,04 R %H T1 T2
  • 14. • COEFICIENTE DE CONTRACCION LINEAL (K) DE ALGUNAS ESPECIES PARA UNA VARIACION DE UN 1% DE CH Especie Dirección Coeficiente contracción lineal (k) Pino T 0.29 Radiata R 0,20 Contracción total Tepa T 0.31 R 0,15 Eucaliptu T 0.42 s R 0,24 Coigue T 0.30 R 0,15 Roble T 0.29 ~5% ~20% Humedad % R 0,18 •Efectos de la retracción en la madera Olivillo T 0,30 R 0,15 • Tensiones en los medios de unión: La dilatación libre es impedida por el elemento de unión y Ulmo T 0.35 pueden originarse grietas en sus vecindades. R 0,22 • Desajustes y holguras en los medios de unión: Tineo T 0,36 Al contraerse la madera se sueltan las uniones R 0,18 • Apariciones de grietas por secado Disminuye calidad de la madera y favorece ataque de hongos y organismos xilófagos.
  • 15. • Humedades según el uso Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente: • Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua) • Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad (medios muy húmedos) • Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad (expuestos a la humedad) • En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad. • En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad. • En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad • En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad La madera al momento de la construcción debe tener un: CH ~ CH equilibrio lugar
  • 16. Densidad de la madera Densidad Kg./m3 Frecuencia de densidades ANHIDRA Especie Anhidra Básica Nominal 6 M(0%) M(0%) M(0%) 5 Frecuencia V(0%) V(CH>P V(12%) 4 SF) 3 2 Luma 1080 1050 1150 1 0 Eucaliptus globulus 800 623 720 300 400 500 600 700 800 900 1000 Coigüe 646 515 594 Densidad (Kg/m 3) Roble 634 492 607 Lingue 596 491 530 Araucaria 565 483 536 Lenga 545 464 527 coníferas Latifoliadas Raulí 508 463 531 Alerce 460 405 436 Pino Radiata 454 429 459 • Densidad real de la madera (pared celular) ~ 1500 Kg/m3 Kg/m Pino oregón 412 344 477 • Cte. Para todas las especies Alamo 367 331 372 • Densidad aparente de las especies es función de los huecos que hay en su interior funció
  • 17. Propiedades mecánicas de la madera
  • 18. 1. INTRODUCCION Flexión Tracción Compresión Corte Módulo De Elasticidad paralela Perpend. paralela Perpend. Madera 120 120 1,5 110 28 12 110.000 Hormigón 80 6 80 6 200.000 Acero 1700 1700 1700 1000 2.100.000 Tabla 1 Comparación de σadm. En Kg/cm2 de la madera, hormigón y acero a) Elevada resistencia a la flexión ( si se asocia a su peso: Resistencia/peso 1.3 mayor que el acero y 10 veces mayor que el hormigón) b) Buena capacidad a la tracción y compresión paralela a las fibras c) Escasa resistencia al corte d) Muy escasa resistencia a la tracción y compresión perpendicular a las fibras, sobretodo la , tracción e) Bajo módulo de elasticidad, 0,5 E hormigón y 0,05 E acero → mayores deformaciones y menores crí cargas críticas de pandeo
  • 19. 2. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA • Para comprender el comportamiento mecánico de la madera es preciso conocer su constitución anatómica Material anisotrópico formado por un haz de tubos huecos con una estructura anisotró diseñada para resistir tensiones paralela a las fibras • El árbol produce esta estructura tubular ya que es tremendamente eficaz para resistir los esfuerzos a que va a estar sometido ( Flexión → viento, Compresión → peso propio) • Debido a la ortotropía de su estructura, en la que se diferencian tres ortotropí direcciones principales L, R, T, es que sus propiedades mecánicas son distintas en c/u de ellas. ESTO LO DIFERENCIA CON RESPECTO A LOS OTROS MATERIALES. • Los Módulos de elasticidad y resistencias son muy distintos en la dirección longitudinal que en la transversal • La variabilidad no se da solo en las distintas direcciones sino también dentro de las distintas especies y dentro del mismo individuo.
  • 20. Comportamiento a la Tracción y compresión paralela a las fibras Tracción σ Kg/cm 2 • La madera posee una elevada resistencia a tracción paralela a las tracció 400 fibras. • En madera libre de defectos la resistencia es mayor que la flexión flexi ón 300 • Relación σ – ε es prácticamente lineal Relació prá cci tra 200 • Valores característicos de diseño 40 – 180 Kg/cm2 n ió • Ensayo muy difícil de realizar difí es pr 100 m co Compresión paralela ε • La madera posee una elevada resistencia a compresión paralela a compresió 0.008 0.002 0.004 0.006 las fibras. • Valores característicos de diseño 50 – 260 Kg/cm2 Relación tensión – deformación de una conifera • En madera libre de defectos la Relación σ – ε es prácticamente Relació prá libre de defectos a tracción y compresión lineal en la primera fase y luego no lineal en la segunda • El E en compresión paralela es algo menor que en tracción paralela compresió tracció • En madera libre de defectos la resistencia a tracción paralela tracció resulta mayor que la de compresión paralela, en cambio en maderas compresió con defectos esta relación se invierte. relació
  • 21. Comportamiento a la Flexión P Kg • La madera posee una elevada resistencia a LA FLEXIÓN comparada con su densidad. •La flexión se origina por un momento ón flector que produce en la pieza tensiones xi de compresión y de tracción paralela a fle las fibras, teniendo sus valores máximos en las fibras extremas y nulos en el E.N. •El comportamiento a la flexión es una combinación del comportamiento a Δ cm compresión y a tracción paralela de la madera • Valores característicos de diseño 70 – 340 Kg/cm2 Relación tensión – deformación de una conifera libre de defectos a flexión
  • 22. •Tracción perpendicular a la fibra • La madera posee una baja resistencia a tracción perpendicular a las fibras. • Esta baja resistencia se debe a la escasa cantidad de fibras que la madera posee en esa dirección (⊥ al eje ⊥ del arbol) y falta de trabazón transversal de las fibras longitudinales •Valores característicos de diseño son casi de 30 – 70 veces menos que la tracción paralela : 3 -4 Kg/cm2 • Esta solicitación resulta crítica: en piezas curvas ( arcos , vigas curvas, etc.) Cuando se restringe la deformación transversal de la madera En solicitaciones transversales en elementos de unión M Tracción ⊥ fibras M
  • 23. •Compresión perpendicular a la fibra σ Kg/cm2 • La resistencia a compresión perpendicular a la fibra es muy inferior a la paralela. 40 •Valores característicos de diseño 30 – 70 Kg/cm2 30 •El comportamiento tensión – deformación es 20 lineal en una primera etapa y luego tiene una deformación plastica, debido al aplastamiento de 10 la madera, sin llegar a la rotura clara. •Este tipo de esfuerzo es característico en las zonas de apoyos de vigas, donde se concentra la ε 0.10 0.15 0.025 0.050 0.075 reacción en pequeñas superficies, y debe transmitirse sin deformaciones importantes o aplastamientos. Relación tensión – deformación a compresión perpendicular
  • 24. • Cortante El esfuerzo de corte origina tensiones tangenciales que actúan sobre la fibra de la madera según diversos modos: 1. Tensiones tangenciales de cortadura: Las fibras son cortadas transversalmente por el esfuerzo. La falla se produce por aplastamiento 2. Tensiones tangenciales de deslizamiento: La falla se produce por deslizamiento de unas fibras con respecto a otras en dirección longitudinal. 3. Tensiones tangenciales de rodadura: La falla se produce por rodadura de unas fibras con respecto a otras .
  • 25. •MODOS DE FALLA DE CORTE POR FLEXIÓN TENSIONES CORTADURA Y DESLIZAMIENTO Valores característicos de diseño RESISTENCIA AL CORTE POR DESLIZAMIENTO son de 6 -25 Kg/cm2
  • 26. Modulo de Elasticidad Longitudinal E • El módulo de elasticidad mas usado es el paralelo a las fibras, sin embargo este es diferente ya se trate de solicitaciones de compresión o de tracción σ Kg/cm 2 • El módulo de elasticidad usado es único para la dirección paralela a las fibras, adoptando un 400 valor aparente de E en flexión ( promedio del de tracción con el de compresión). ón 300 E • Este valor varía entre 55.000 – 150.000 Kg/cm2 cci tra 200 n L ió E R • No se han determinado es pr 100 experimentalmente m valores exactos para los co otros módulos de elasticidad, sin embargo ε 0.006 0.008 0.002 0.004 se pueden determinar en T forma aproximada a través de las siguientes expresiones: Relación tensión – deformación de una conifera • ET ~ 0.05 EL libre de defectos a tracción y compresión • ER ~ 0.07 EL • GLT ~ 0.06 EL • GLR ~ 0.075 EL • GRT ~ 0.018 EL
  • 27. • FACTORES QUE INCIDEN SOBRE LA VARIABILIDAD DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA
  • 28. 1. DEFECTOS E) PUDRICION I) ACEBOLLADURA A) NUDO B) GRIETAS F) PERFORACION J) ALABEOS C) RAJADURAS G) COLAPSO D) GRANO O FIBRA INCLINADA K) MEDULA Y CANTO MUERTO H) BOLSILLO DE RESINA O CORTEZA
  • 29. 2. DENSIDAD • La densidad es uno de los parámetros que mejor se asocia a las propiedades resistentes de una pieza de madera 1820 1540 1260 Modulo de rotura Kg./cm2 Seco al aire 980 700 verde 420 140 1.0 0.2 0.6 0.4 0.8 Densidad Kg./cm3
  • 30. 3. Contenido de humedad PROPIEDAD VARIACION (%) La madera que pierde humedad Compresión paralela 5 bajo el PSF: Compresión perpendicular 5 cada célula se compacta más. Tracción Paralela 2.5 Tracción Perpendicular 2 Las células se hacen cada vez más rígidas y fuertes. Flexión 4 Cortante 3 Modulo de elasticidad paralelo 1.5 MAYOR RESISTENCIA Variación de las propiedades mecánicas de la madera libre de defectos por cada 1% de grado de humedad resistencia 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Contenido de humedad 12 20 30 2 4 6 8 10 Relación media entre CH y propiedades mecánicas de madera libre de defectos
  • 31. 4. Duración de la carga 1.2 Resistencia relativa 1.0 EC5 0.8 0.6 Madison 0.4 T (seg.) 102 100 104 106 1010 108 1 semana 50 años 10 años 5 minutos 1 segundo INFLUENCIA DE LA DURACIÓN DE LA CARGA
  • 32. 5. TEMPERATURA EFECTOS DE LA • EFECTOS TEMPORALES Existen solo a una T particular y son independientes del período perí TEMPERATURA EN LAS de exposición a una alta o baja exposició temperatura PROPIEDADES ELÁSTICAS Y Son aquellos que permanecen RESISTENTES después que la madera a sido despué expuesta a una T particular • EFECTOS PERMANENTES Estos efectos dependen más del má tiempo de exposición que de los exposició valores de T TEMPERATURA DE EXPOSICION 0º 65 º 100 º 200 º EXPOSICION NO HAY NO HAY NO HAY TEMPORAL PEQUEÑOS AUMENTOS EN LA EXPOSICION RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Y DISMINUCION EN LA PERMANENTE COMPRESIÓN RESISTENCIA
  • 33. B) TRATAMIENTO DE LA MADERA • Numerosas investigaciones afirman que los efectos de los tratamientos de la madera sobre la resistencia se deben principalmente al método de aplicación del preservante y no a las sales de impregnación usadas ALTAS PRESIONES Y TEMPERATURAS CAUSAS DEBILITAMIENTO EN ALGUNOS PROCESOS DE IMPREGNACION CRITICO EN MADERAS DIFICIL DE IMPREGNAR ( ALTAS T, PRESIONES POR TIEMPOS PROLONGADOS)
  • 34. CLASIFICACION DE LA MADERA ASERRADA • OBJETIVOS DE LA CLASIFICACION MADERA PROVENIENTE DE ASERRADO DE TRONCOS NECESIDAD DE SEPARARLA EN OFRECE UNA AMPLIA GAMA DE CALIDADES Y VARIOS NIVELES O GRADOS, DE APARIENCIAS Se pone énfasis en ACUERDO A LAS NECESIDADES la presencia de DEL USUARIO • RESISTENCIA defectos que afectan la resistencia de la madera a las solicitaciones a CLASIFICACION que va a estar sometida CLASIFICACION PARA ASEGURAR AL USUARIO • ASPECTO Se pone relevancia CARACTERISTICAS COMUNES DE VISUAL en el aspecto de la APARIENCIA Y RESISTENCIA DE madera UNA DETERMINADA CLASE MADERERA MECANIZADA Inspección visual de las Inspecció piezas aserradas que considera la eventual presencia de una serie de Mas confiable, defectos que pueden Control mecanizado de clasificación rápida para afectar en mayor o menor cada pieza para determinar grandes volúmenes, no grado su APARIENCIA, sus propiedades considera diferencia RESISTENCIA, RIGIDEZ resistentes entre especies, mayor Y/O FUNCIONALIDAD subdivisión entre grados Menos confiable, basada en la experiencia y en el buen criterio del clasificador
  • 35. PROPOSITO DE UNA NORMA DE CLASIFICACION DESCRIPCION CON MAXIMA PRESICION DE LAS PIEZAS QUE PUEDEN SER ACEPTADAS EN CADA GRADO ETAPAS: Definir defectos a considerar y formas de medición Establecer una cantidad de niveles o grados ( 3 Pino radiata, 4 otras especies) Cuantificar las magnitudes permisibles máximas para cada uno de los defectos para cada grado. NORMAS : • NCH 1970/2 of 88 coniferas • NCH 1970/1 of 88 latifoliadas
  • 36. AGRUPAMIENTO DE ESPECIES MADERERAS QUE CRECEN EN CHILE SEGÚN SUS PROPIEDADES MECANICAS CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA MADERA El agrupamiento de maderas VERDE ( CH ≥ 30%) SECO (CH = 12%) destinadas para fines estructurales consiste en crear GRUPO ESPECIE MADERERA GRUPO ESPECIE MADERERA UN CONJUNTO DE ESPECIES MADERERAS HIPOTETICAS, E2 EUCALIPTO ES2 EUCALIPTO caracterizadas por E3 AROMO AUSTRIALIANO ES3 AROMO AUSTRIALIANO determinadas propiedades ULMO LINGUE resistentes, de modo de que cualquier madera pueda E4 ARAUCARIA COIGÜE ES4 ARAUCARIA identificarse dentro de tal COIGÜE (CHILOE) COIGÜE (CHILOE) COIGÜE (MAGALL.) COIGÜE , LAUREL, LENGA conjunto, como equivalente a RAULI, ROBLE MAÑIO HOJAS LARGAS, una de tales especies ROBLE( MAULE) RAULI, ROBLE , madereras hipotéticas. TINEO, RENOVAL RAULI ROBLE( MAULE) TINEO, ULMO Esto se realiza de acuerdo al ALERCE, CANELO (CHILOE) ALERCE, CANELO (CHILOE) E5 ES5 método australiano, tanto en CIPRES DE LA CORDILLERA CIPRES DE LA CORDILLERA madera seco como en verde CIPRES DE LAS GUAITECAS COIGÜE (MAGALL.) LAUREL, LENGA,, LINGUE, MAÑIO MACHO, OLIVILLO MAÑIO MACHO, OLIVILLO PINO RADIATA, PINO PINO OREGÓN, TEPA OREGÓN , RAULI, TEPA, RENOVAL DE RAULI E6 ALAMO, PINO RADIATA, ES6 ALAMO, CIPRES DE LAS SEQUOIA GUAITECAS, MAÑIO HEMBRA, SEQUOIA
  • 37. CLASE ESTRCUCTURAL La Clase estructural es un índice de la capacidad resistente de una de madera determinada mediante mediante un proceso de clasificación visual o mecánica clasificació mecá Mediante el agrupamiento de especies y la clasificación visual de un determinado grado estructural, clasificació se puede determinar LA CLASE ESTRUCTURAL para maderas en estado verde y seco. Esto se realiza de acuerdo a la norma Nch 1990 CLASIFICACION VISUAL AGRUPAMIENTO POR ESPECIES CLASIFICACION AGRUPAMIENTO POR ESPECIES VISUAL IDENTIFICACIO RAZÓN DE E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 N DEL GRADO IDENTIFICACIO RAZÓN DE ES1 ES2 ES3 ES4 ES5 ES6 ES7 RESISTENCIA N DEL GRADO RESISTENCIA CLASE ESTRUCTURAL CLASE ESTRUCTURAL Grado 0,75 F27 F22 F17 F14 F11 F8 F7 estructural Nº 1 Grado 0,75 F34 F27 F22 F17 F14 F11 estructural Nº 1 Grado 0,60 F22 F17 F14 F11 F8 F7 F5 estructural Nº 2 Grado 0,60 F34 F27 F22 F17 F14 F11 F8 estructural Nº 2 Grado 0,48 F17 F14 F11 F8 F7 F5 F4 estructural Nº 3 Grado 0,48 F27 F22 F17 F14 F11 F8 F7 estructural Nº 3 Grado 0,38 F14 F11 F8 F7 F5 F4 F3 estructural Nº 4 Grado 0,38 F22 F17 F14 F11 F8 F7 F5 estructural Nº 4 RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA CLASE ESTRUCTURAL Y LA CLASIFICACION VISUAL, MADERA EN RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA ESTADO VERDE CLASE ESTRUCTURAL Y LA CLASIFICACION VISUAL, MADERA EN ESTADO SECO
  • 38. AGRUPACION PARA MADERA EN ESTADO TENSION ADMISIBLE A COMPRESION NORMAL VERDE (CH ≥ 30%) SECO (CH = 12%) Fcn ES1 9,0 ES2 7,4 ES3 6,1 E1 ES4 5,0 E2 ES5 4,1 E3 ES6 3,4 E4 ES7 2,8 E5 2,3 E6 1,9 E7 1,6 TENSION ADMISIBLE A COMPRESION NORMAL
  • 39. CLASE TENSIONES ADIMISIBLES DE: MODULO DE ESTRUCTURAL Mpa. ELASTICIDAD EN FLEXION Flexión Compresión Tracción paralela Cizalle EF Ff paralela F tp F cz F cp F34 34,5 26,0 20,7 2,45 18.150 F27 27,5 20,5 16,5 2,05 15.000 F22 22,0 16,5 13,2 1,70 12.600 F17 17,0 13,0 10,2 1,45 10.600 F14 14,0 10,5 8,4 1,25 9.100 F11 11,0 8,3 6,6 1,05 7.900 F8 8,6 6,6 5,2 0,86 6.900 F7 6,9 5,2 4,1 0,72 6.100 F5 5,5 4,1 3,3 0,62 5.500 F4 4,3 3,3 2,6 0,52 5.000 F3 3,4 2,6 2 0,43 4.600 F2 2,8 2,1 1,7 0,36 4.350 Tensiones admisibles y E para madera aserrada
  • 40. PINO RADIATA TENSIONES ADMISIBLES DE: MODULO DE [MPA] ELASTICIDAD CLASE EN FLEXION ESTRUCTURAL FLEXION COMPRESION TRACCION COMPRESION CIZALLE Ef Ff PARALELA PARALELA NORMAL Fcp Ftp Fcn Fcz GS 11 8,3 6,6 2,5 0,9 10500 G1 7,5 5,6 4,5 2,5 0,7 9000 G2 4,0 4,0 2,0 2,5 0,4 7000
  • 41. DISEÑO DE ELEMENTOS DE MADERA
  • 42. Consideraciones de diseño: Temperatura < 50º C; ocasionalmente T<65º C Cargas de PP y SC de acuerdo a Nch 1537: Cargas de Viento de acuerdo a Nch 432; Cargas de Sísmicas de acuerdo a Nch 433 La madera debe tener un CH ~ CH equilibrio CH se controlará de acuerdo a la Nch 176/1 UBICACIÓN DE LA MADERA EN EL HUMEDAD DE EQUILIBRIO PROMEDIO TOLERANCIA PARA EL CH DE LA EDIFICIO PARA LAS CONDICIONES DE MADERA A USAR SERVICIO SEÑALADAS A. RECINTOS CUBIERTOS ABIERTOS CH EQUILIBIO DEL LUGAR ± 3% B. RECINTOS CUBIERTOS CERRADOS 12% ± 3% SIN CALEFACCION O CALEFECCIONADOS INTERMITENTES C. RECINTOS CONTINUAMENTE 9% ± 3% CALEFACIONADOS Humedad de equilibrio para maderas ubicadas en edificios con distintas distintas condiciones de servicio
  • 43. TENSIONES ADMISIBLES Y MODULOS ELASTICOS: Para la determinación de las Tensiones ADMISIBLES se deben considerar el CH que ella tenga al momento de construcción y puesta en servicio CH construcción • Piezas con espesor mayor a 100mm. Clasifica en estado verde ,CH > 20%; en el momento de la construcción •Piezas con CH ≤ 12% y espesor t ≤ 100 mm. 20% Clasifica en estado seco seco verde interpolar 12% CH servicio 12% 20% •Piezas con 12% ≤ CHcnst. ≤ 20% y espesor t ≤ 100 mm. • Solo si espesor t ≤ 50 mm.; Carga total no se aplica hasta que la madera este a un CH< 12%; Las σ originadas por DL < σ verde
  • 44. Factores de modificación generales σ diseño = σ admisible (FMG)(FMP) E f, diseño = E f (FMG) Factores de modificación generales: 1. FMG por CH 2. FMG por duración de la carga 3. FMG por temperatura 4. FMG por trabajo conjunto 5. FMG por tratamiento químico
  • 45. 1. FMG por Contenido de Humedad 2. FMG por duración de la carga Kt KD = 1,747 + 0,295 FMG CH t 0,0464 1,05 FMG Kd 1 2,50 0,95 Flexion, Comp.Paral, 2,00 Tracc. Paral. FMG por CH Cizalle 0,9 1,50 Compresion Normal Kd Kd 0,85 1,00 Modulo de elasticidad 0,8 0,50 0,75 0,00 0,7 1 60 3600 86400 3E+06 3E+07 3E+08 2E+09 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tiempo (seg) Variación Ch c/r al 12% 1 hora 1 mes 10 años añ 50 años añ 1 minuto 1 día dí 1 año añ
  • 46. 3. FMG por temperatura Kt 4. FMG por trabajo conjunto Kc Este factor se aplica a tensiones y modulo de elasticidad para piezas aserradas en estado seco ( CH = 20%), para temperaturas de servicio ≠20ºC 20º FMG por temperatura 3 o más elementos paralelos < 610 mm. 1,15 1,1 MADERA ASERRADA CUYA 1,05 TENSION MENOR DIMENSION, EN MM. , E_CH=0% 1 ADMISIBLE ES: E CH=12% AFECTADA FMG KT 0,95 MENOR QUE 114 mm. O Otras propiedades CH = 114 mm. MAS 0,9 0% 0,85 Otras propiedades CH = Flexión 1,15 1,15 12% 0,8 1,15 1,10 Cizalle longitudinal 0,75 0,7 Compresión 1,10 1,10 0 10 20 30 40 50 60 paralela a las fibras Temperatura ºC Compresión 1,10 1,10 normal a las fibras Tracción paralela a 1,00 1,00 las fibras Módulo de 1,00 1,00 elasticidad en flexión
  • 47. 5. FMG por tratamiento químico Kq La madera debe ser sometida Condiciones ambientales favorables a un proceso de preservación para el desarrollo de la pudrición u con método y tipo de otro tipo de deterioro en estructuras preservantes especificados en permanentes Nch 630, Nch 755 y Nch 1439 Proceso de preservación Hacer los cortes y perforaciones antes de proceso de preservación preservació DEBE EVITARSE contacto Directo de la madera con hormigón, albañilería o suelo, cuando se utiliza MADERA hormigó albañilerí NO PRESERVADA de estructuras permanentes 10 mm. MÍNIMO ESPACIO DE AIRE EVITARSE
  • 48. K Q = 1.0 salvo: • Elementos tratados con ignífugos • Elementos tratados con otro producto que reduzca su rigidez o resistencia PARA MADERA ASERRADA, PREVIAMENTE SOMETIDA A INCISIONES Y CUYO ESPESOR ES 89 mm. O MENOS CONDICIONES EN KQ KQ SERVICIO PARA MÓDULO DE PARA OTRA Madera aserrada, postes y ELASTICIDAD PROPIEDADES madera laminada: VERDE 0,95 0,85 0,90 SECO 0,90 0,70 Factor de modificación por tratamiento químico Kq modificació quí
  • 49. Dimensionamiento de piezas estructurales de madera aserrada
  • 50. 1. Diseño de vigas El dimensionamiento de VIGAS DE MADERA comprende el análisis de: Efectos del momento flector, incluyendo los efectos de ESTABILIDAD LATERAL Efectos de esfuerzo de corte producto de la variación del momento flector y VERIFICACION DEL CORTE EN LOS APOYOS POR REDUCCION BRUSCA DE LA SECCION Aplastamiento en los apoyos y bajo cargas concentradas Deformaciones a) En el diseño de elementos a flexión: σ trabajo ≤ Ff, dis a ζ trabajo ≤ Fcz, dis L f cn ≤ Fcn, dis Lc =L+a w ≤ wadmisible
  • 51. a) FLEXION A pesar de que el comportamiento de las vigas de madera no es rigurosamente elástico, se suele adoptar la teoría convencional de flexión elástica que nos entrega la Resistencia de Materiales Si suponemos que la estabilidad lateral está proveída y que la tensiones producto del momento flector son paralelas a las fibras estas serán: σ = M máximo / W donde W = Módulo de flexión de la sección transversal neta Y debe cumplirse que σ ≤ F ft, dis ; con F ft, dis = Ff . FMG . Khf FMG = KH . KD . KT . KC . KQ y Khf para vigas con alturas >50 mm. 1,05 1 0,95 K hf = ( 50/h)1/9 Khf 0,9 Khf para vigas con alturas >50 mm. 0,85 0,8 0,75 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Altura de viga en mm.
  • 52. Diseño de Vigas Diseñ • Estabilidad lateral Las consideraciones para desarrollar toda la capacidad en flexión de la viga, son válidas cuando existe soportes laterales en la cara de compresión de las vigas que impidan el volcamiento lateral de esta. Cuando no se cuenta de apoyos laterales en la zona comprimida por flexión la viga puede presentar una tendencia al pandeo lateral y fallar a cargas menores que las correspondientes a la falla por flexión cuando existen apoyos adecuados El Pandeo Lateral depende de: Distancia entre apoyos laterales de la zona comprimida de la viga Dimensiones de la sección Si la viga tiene problemas de inestabilidad lateral la tensión de diseño será: Distancia entre apoyos laterales l a F fv, dis = Ff . FMG . Kv la
  • 53. Diseño de Vigas Diseñ • Factor de modificación por volcamiento Kv Se puede tomar el Factor Kv = 1.0 si: entablado b s h Costaneras apoyadas O viguetas s < 610 mm. Riostras o tirantes h/b < 2 h/b < 3 h/b < 4 h/b < 5
  • 54. Diseño de Vigas Diseñ Entablado superior e inferior Se puede tomar el Factor Kv = 1.0 si: O viguetas que apoyen toda la altura h/b < 7 SI NO SE CUMPLE CON LO ANTERIOR KV < 1.0; KV = f (λv ) DEBE CALCULARSE λv Donde: lv = longitud efectiva de volcamiento en mm. Es función de: λv = lv h • de tipos de apoyos, b2 • tipo de carga •la h = altura de la viga en mm. λv ≤ 50 b = ancho de la viga en mm.
  • 55. Kv = 1.0 Kv = 1.0 – 0,33 ( λ v / λv0)4 Valores de Kv 1 Kv = (0.40 *E f dis) / ( λ v 2 * Ff,dis) Kv Valores de Kv 0 λv0 = 0,775 Ef dis 1 Esbeltez Ff, dis λ v = 10 λ v = λv0 λ v = 50 con: F f, dis = Ff. x FMG (excluido Kh) E f dis = E . x FMG
  • 56. b) CORTE Dado que la falla en piezas flexionadas de madera siempre será por cizalle longitudinal (horizontal), no es será necesario verificar el cizalle transversal. • Determinación del esfuerzo de corte En vigas apoyadas en un apoyo completo sobre un canto y con cargas apoyadas en el canto opuesto: h h h h Despreciar el efecto de estas cargas Diagrama de corte
  • 57. La tensión de trabajo máxima de cizalle longitudinal en elementos flexionados de madera aserrada sin rebaje, se determina por: Con: fcz = Tensión de trabajo de cizalle longitudinal fcz = 1.5 Q / (bh) Q = Esfuerzo de corte Máximo b = Dimensión nominal de la sección transversal en mm, normal a la dirección de la carga. h = Dimensión nominal de la sección transversal en mm, paralela la dirección de la carga. Diseño: f cz ≤ F cz, dis F cz, dis = F cz * FMG * KR Con: F cz,dis = Tensión de diseño de cizalle longitudinal Tensió diseñ F cz = Tensión admisible de cizalle longitudinal Tensió FMG = KH * KD * KT * K C * KQ K R = Factor de modificación por rebaje modificació
  • 58. Verificación en zonas de apoyos con rebaje a) Rebaje inferior En extremos de las vigas con rebaje inferior ya sea recto o inclinado debe controlarse que: hr h a f cz ≤ F cz, dis Con : f cz = 1,5 Q / (b * hr) e Factor de modificación por rebaje inferior 1 Rebaje Recto a/h ≤ 0,50 0,9 0,8 Kr = (hr / h) 2 0,7 K r, K ri Kr 0,6 Kri 0,5 hr 0,4 h 0,3 a Φ 0,2 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 hr/h e Rebaje Inclinado a/h ≤ 0,50 ; Φ ≤ 15º Kri = hr / h
  • 59. Verificación en zonas de apoyos con rebaje b) Rebaje superior En extremos de las vigas con rebaje superior ya sea recto o inclinado debe controlarse que: e f cz ≤ F cz, dis Con : f cz = 1,5 Q / (b * hr) a Factor de modificacion por rebaje superior Krs, h hr cuando e< hr 1,1 e e/hr=0 1 e/hr = 0 e/hr=0,1 a 0,9 e/hr=0,2 h 0,8 e/hr=0,3 hr Krs e/hr=0,4 0,7 e/hr=0,5 0,6 e/hr=0,6 Rebaje Recto e Inclinado a/h ≤ 0,50 e/hr=0,7 0,5 e/hr = 0,5 e/hr=0,8 Krs = (1 – (a / h)(e/hr )) si e ≤ hr 0,4 e/hr=0,9 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 e/hr=1,0 e/hr = 0,1 a/h Krs = hr / h si e ≤ hr
  • 60. Diseño de Vigas Diseñ c) DEFORMACIONES La deformación máxima admisible de un elemento Deformaciones máximas admisibles sometido a flexión se debe fijar, Tipos de viga Peso propio mas en general, de acuerdo al tipo Sobrecarga sobrecarga de estructura, teniendo en cuenta: 1. VIGAS DE TECHO 1.1 Construcciones L/200 • posibilidad de daño de los Industriales materiales de recubrimiento (tabiques cielos, terminaciones, 1.2 Oficinas o construcciones habitacionales etc.) 1.2.1 Con cielos enyesados o L/360 L/200 • Exigencias estéticas similares • Exigencias funcionales 1.2.2 Sin cielos enyesados o L/200 similares Si no se tiene información de requisitos especiales de 2. VIGAS DE PISO deformación admisible se 2.1 Construcciones en general L/360 L/300 puede adoptar: 2.2 Puentes carreteros L/360
  • 61. Deformaciones a largo plazo (creep) Cuando las solicitaciones permanentes “g” exceden el 50% de la solicitación total “q” la verificación de la flecha debe incorporar la deformación por ceep, la que se puede considerar proporcional a la deformación elástica. Donde: δelástica = deformación elástica instantánea δ Total = δelástica (1 + ρ ) determinada por la totalidad de la carga ρ = Factor de creep Factor 1+ro ρ = (1/ kδ) -1 3,0 2,8 con : 2,6 CH < 20% CH >=20% 2,4 kδ = 3/2 – (g/q) para CH < 20% 2,2 1+ro 2,0 kδ = 5/3 – (4/3)(g/q) para CH ≥ 20% 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 carga muerta/ carga total (g/q)
  • 62. En vigas cuya relación L/h < 20 , las deformaciones por corte son importantes y deben incorporarse estas deformaciones. Estas deformaciones se pueden evaluar a través de la siguiente expresión aproximada: Donde: δ Q = 1,2 M / GA M = Momento Flector Máximo Má G = Módulo de Corte Mó A = Sección transversal de la Secció viga h L L/h < 20
  • 63. ELEMENTOS EN COMPRESION NORMAL A LAS FIBRAS La tensión de trabajo por aplastamiento en superficies de apoyo, solicitadas ortogonalmente a la fibra, se tensió solicitadas determina en base a el área neta aplastadas Donde: f cn = R / A n f cn = Tensión de trabajo por aplastamiento, Mpa. Tensió Mpa. R = Carga aplicada, N. An = Sección aplastada, mm2 Secció R Diseño: f cn ≤ F cn, dis An = Sección aplastada Secció F cn, dis = F cn * K H * K T * K c * K Q * K CN
  • 64. FACTOR DE MODIFICACION POR APASTAMIENTO K cn d l s h En todo elemento solicitado a compresión normal a las fibras y cuya superficie aplastada está distanciada de otra en una magnitud “d” mayor o igual que 150 mm., se puede incrementar el valor de la tensión admisible en compresión normal, siempre que se cumplan las siguientes restricciones: a) La longitud “l” o díametro de la superficie aplastada del elemento, dí l ≤ 150 mm. medida en dirección de las fibras, no excede de 150 mm. direcció b) La distancia “s” entre la superficie aplastada y el extremo s > 100 mm. Si h > 60 mm. del elemento, medida en dirección de las fibras, cumple con: direcció S > 75 mm. Si h ≤ 60 mm. El factor que incrementa la tensión admisible a compresión normal es: K cn = (150 / l)1/4 ≤ 1.80 Si una pieza no cumple con las condiciones anteriores Kcn = 0.80
  • 65. EJEMPLO DE APLICACIÓN EN EL DISEÑO DE UNA VIGA DE MADERA
  • 66. A 6 @ 60 = 360 A 15 @ 30 = 450 475 P = 7,3 Ton P = 7,3 Ton Corte A -A 6 @ 60 = 360
  • 67. 20 20 455 P (por viga) = 7,3/3 = 2,433 [Ton] 475 w DL = 0,1 T/m MDL = 0,26 T-m VDL= 0,1875 T ( a 0,4 mts del eje del apoyo) M (máx.) = 2,77 [Ton-m] (má [Ton- DESPRECIAR FRENTE A CARGA P a = 10 + h = 10+30= 40 [cm] [cm] P = 2,433 [Ton] V = 2,22 [Ton] V = 0,21 [Ton]
  • 68. CLASIFICACION VISUAL AGRUPAMIENTO POR ESPECIES CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA MADERA IDENTIFICACIO RAZÓN DE E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 N DEL GRADO VERDE ( CH ≥ 30%) SECO (CH = 12%) RESISTENCI CLASE ESTRUCTURAL GRUPO ESPECIE MADERERA GRUPO ESPECIE MADERERA A Grado 0,75 F27 F22 F17 F14 F11 F8 F7 E2 EUCALIPTO ES2 EUCALIPTO estructural Nº 1 E3 AROMO ES3 AROMO AUSTRIALIANO AUSTRIALIANO LINGUE Grado 0,60 F22 F17 F14 F11 F8 F7 F5 ULMO estructural Nº E4 ARAUCARIA COIGÜE COIGÜ ES4 ARAUCARIA 2 COIGÜE (CHILOE) COIGÜE (CHILOE) COIGÜE (MAGALL.) COIGÜE , LAUREL, LENGA COIGÜ Grado 0,48 F17 F14 F11 F8 F7 F5 F4 RAULI, ROBLE MAÑIO HOJAS LARGAS, estructural Nº ROBLE( MAULE) RAULI, ROBLE , 3 TINEO, RENOVAL ROBLE( MAULE) RAULI TINEO, ULMO Grado 0,38 F14 F11 F8 F7 F5 F4 F3 estructural Nº 4 E5 ALERCE, CANELO ES5 ALERCE, CANELO (CHILOE) (CHILOE) CIPRES DE LA CORDILLERA RELACION ENTRE EL AGRUPAMIENTO DE ESPECIES, LA CLASE CIPRES DE LA COIGÜE (MAGALL.) CLASIFICACION VISUAL LA CLASIFICACION VISUAL, MADERA EN ESTRUCTURAL Y AGRUPAMIENTO POR ESPECIES CORDILLERA MAÑIO MACHO, OLIVILLO ESTADO VERDE CIPRES DE LAS PINO RADIATA, PINO OREGÓN IDENTIFICACI RAZÓN DE ES1 ES2 ES3 ES ES5 ES6 ES7 GUAITECAS , RAULI, TEPA, RENOVAL DE ON DEL RESISTENCIA 4 LAUREL, LENGA,, RAULI GRADO LINGUE, CLASE ESTRUCTURAL MAÑIO MACHO, OLIVILLO Grado 0,75 F34 F27 F22 F17 F14 F11 PINO OREGÓN, TEPA estructural Nº 1 E6 ALAMO, PINO ES6 ALAMO, CIPRES DE LAS Grado 0,60 F34 F27 F22 F17 F14 F11 F8 RADIATA, SEQUOIA GUAITECAS, MAÑIO HEMBRA, estructural Nº 2 SEQUOIA Grado 0,48 F27 F22 F17 F14 F11 F8 F7 estructural Nº 3 Grado 0,38 F22 F17 F14 F11 F8 F7 F5 estructural Nº 4
  • 69. CLASE TENSIONES ADIMISIBLES DE: MODULO DE ESTRUCTURAL Mpa. ELASTICIDAD EN FLEXION Flexión Compresión Tracción Cizalle EF Ff paralela paralela F cz F cp F tp F17 17,0 13,0 10,2 1,45 10.600 F11 11,0 8,3 6,6 1,05 7.900 Consideraciones de diseño: AGRUPACION PARA MADERA EN TENSION ESTADO ADMISIBLE A Temperatura 20º C; promedio COMPRESIO VERDE (CH ≥ SECO (CH = La madera debiera tener un CH 30%) 12%) N NORMAL ~ CH equilibrio ~ 16% (Temuco) Fcn E1 ES4 5,0 Madera tratada con creosota E2 ES5 4,1 Para las resistencias : E3 ES6 3,4 CH madera construcción y servicio > E4 ES7 2,8 20% CLASE TENSIONES ADIMISIBLES DE: MODULO DE ESTRUCTURAL Mpa. ELASTICIDAD EN FLEXION EF Flexión TENSION Cizalle madera verde Ff ADMISIBLE A COMPRESION F cz NORMAL F cn F11 11,0 2,8 1,05 7.900
  • 70. σ diseño = σ admisible (FMG)(FMP) diseñ E f, diseño = E f (FMG) Factores de modificación generales: 1. FMG por CH: no hay, usar tensiones en estado verde 2. FMG por duración de la carga: KD = 1,5 (1 hora) LL; KD = 1,0 (10años) DL 3. FMG por temperatura: como las temperaturas no varían sustancialmente de un promedio de 200 C Kt =1.0 4. FMG por trabajo conjunto Kc= 1.15 5. FMG por tratamiento químico Kq = 1.0