LA MADERA COMO MATERIAL ESTRUCTURAL PARA · PDF fileDEFINICIONES DE LA MADERA • La madera es un material de estructura compleja ... INVESTIGACIÓN EN MADERA PARA USO ... diseño

LA MADERA COMO MATERIAL ESTRUCTURAL PARA LA

CONSTRUCCIÓN

NORMAS Y REGLAMENTO ARGENTINO DE ESTRUCTURAS DE MADERA

Ing. Alfredo Aníbal Guillaumet

Profesor Titular del Área Estructural de la carrera Ingeniería Civil de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Argentina

Facultad de Arquitectura Universidad ORT Uruguay

24 de mayo de 2012

DEFINICIONES DE LA MADERA

• La madera es un material de estructura complejay de carácter anisótropo, que forma un tejidoleñoso, fisiológicamente inactivo. (IRAM N° 9502).

• La madera es una materia prima de origenvegetal. Es la parte sólida y rígida situada bajo lacorteza de los tallos leñosos de árboles yarbustos.

USOS DE LA MADERA

• Combustible• Fabricación de papel• Madera aserrada para la Construcción• Industrialización:

– Construcción

– Varios

USOS DE LA MADERA EN LACONSTRUCCIÓN

• Estructuras• Cerramiento• Revestimiento• Pisos• Aberturas• Muebles

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL

• Biológico: está compuesto por moléculas de celulosa ylignina. Siendo madera elaborada, puede ser biodegradadapor el ataque de hongos e insectos taladradores.

•Anisotrópico: según sea el plano o dirección que seconsidere respecto a la dirección longitudinal de sus fibras yanillos de crecimiento, el comportamiento tanto físico comomecánico del material, presenta resultados dispares.

• Higroscópico: capacidad de captar y ceder humedaden su medio, proceso que depende de la temperatura yhumedad relativa del ambiente. Este comportamientoprovoca cambios dimensionales y deformaciones en lamadera.

PROPIEDADES DE LA MADERA

•Aspecto agradable•Buena relación peso/resistencia mecánica•Buena resistencia al fuego•Residuos de bajo impacto ambiental•Razonable durabilidad

PARTES DE LA MADERA

Médula . Es la zona centraldel tronco. Posee escasaresistencia, por lo que,generalmente, no se utilizaen la obtención de madera.

Duramen o corazón. Enesta zona, la madera esseca, dura, consistente y decolor más oscuro. Es laparte que sostiene a laplanta y la más apropiadapara la obtención y uso dela madera.

PARTES DE LA MADERA

• Albura o zona blanca,es la madera de másreciente formación. Esde color claro, rica enagua y menoscompactan y resistenteque el duramen.

• Cámbium .• Corteza.

ESPECIES MADERERAS

La madera está conformada por células generalmentealargadas y dispuestas en la dirección del eje del árbol,cumplen la función de sostén del propio árbol y conductorade savia

Según la estructura celular se pueden clasificar en:

• Coníferas. ( Bosques naturales, bosques implantados)

• Latifoliadas

ANILLOS DE CRECIMIENTO

CORTES O PLANOS CONSIDERADOSPARA ESTUDIAR LA MADERA

• Sentido longitudinal o axial(paralelo al eje de crecimiento delárbol).

• Sentido tangencial (coincidentecon la sección tangencial).

• Sentido radial (coincidente con lasección radial).

PROPIEDADES CIENTÍFICAS YTECNOLÓGICAS

• Propiedades científicasConsisten en obtener valores que luego sonaplicados para definir las características delas especies.

• Propiedades tecnológicasPrevé el comportamiento de las maderasfrente a un determinado uso.

FINALIDADES DE ESTUDIAR LASPROPIEDADES

• Obtener información de las diferentescaracterísticas de las maderas para podercompararlas y definir sus usos.

• Determinar las resistencias con el fin defijar las tensiones admisibles que seemplean en los cálculos de las estructurasy clasificar por resistencias.

FINALIDADES DE ESTUDIAR LASPROPIEDADES

• Determinar la calidad de las maderas, quepueden dar lugar a nuevas aplicaciones oinvestigaciones, posibilitando unaprovechamiento más racional de las mismas yobtener un mayor valor agregado.

• Estudiar la influencia de los factores sobre laspropiedades de las maderas y obtenerrelaciones que puedan utilizarse técnicamente.

PROPIEDADESDE LA MADERA

ANATÓMICASQUÍMICAS

MECÁNICASFÍSICAS

CLASIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DELA MADERA (Grammel R.,1989)

Peso específico(Real y aparente)

Contenido deHumedad

Hinchamientoy Contracción

PropiedadesAcústicas

PropiedadesTérmicas

PropiedadesEléctricas

Propiedadesde

Rozamiento

PROPIEDADESFÍSICAS

Resistencias a laFatiga

Propiedadeselásticas

Propiedades deResistencia

Dureza yDesgaste

Módulo deelasticidad

ConstantesElásticas

ResistenciaDinámica

ResistenciasEstáticas

Flexión Estática

Compresión ypandeo

Tracción

CorteTorsión

Hendebilidad

Fatiga porvibración

Fatiga Flexióndinámica

PROPIEDADESMECÁNICAS

PROPIEDADES MECÁNICASNORMAS DE ENSAYOS

• IRAM• 9545 Flexión estática• 9547 Compresión axil paralela• 9551 Compresión axil perpendicular• 9570 Dureza Janka• 9560 evaluación de defectos


• EUROPEAS• EN 408: (1995, 2004, 2010). Ensayos varios• EN 384: (1995, 2004, 2010). Valores caract.• EN 1310:1997. Medición de singularidades• EN 383: (1995, 2007) Aplastamiento• EN 1382:2000 Arrancamiento• EN 26891:1991 Uniones• 14081:2000 Grados Estructurales• Durabilidad ( EN 350, 350-1, 252,….)


• NUEVAS IRAM• 9670 – Madera aserrada Pino elliotti - taeda

• 9660/1 - Madera laminada encolada. F. y C.• 9660/2 - Madera laminada encolada. M. E.

• 9661 - Uniones dentadas• 9662/1 – Tablas de Araucaria angustifolia

• 9662/1 – Tablas de Eucalyptus grandis• 9662/1 – Tablas Pino taeda - elliotti.

9662/2 – Tablas de Eucalyptus grandis




NORMAS IRAMEN DISCUSIÓN PUBLICA

• NORMA IRAM 9663 Estructuras de madera- Madera aserrada y madera

laminada encolada para uso estructural Determinación de las propiedades físicas y mecánicas

• NORMA IRAM 9664 Madera estructural Determinación de los valores característicos de las

propiedades mecánicas y la densidad

NORMA IRAM 96630 INTRODUCCIÓN1 CAMPO DE APLICACIÓN2 DOCUMENTOS NORMATIVOS PARA CONSULTA3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES GENERALES4 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS5 ACONDICIONAMIENTO DE LAS PROBETAS6 DETERMINACIÓN DE LAS MEDIDAS DE LAS PROBETAS7 DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DE LAS PROBETAS8 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LAS PROBETAS9 ENSAYO DE FLEXIÓN10 ENSAYOS DE TRACCIÓN• ENSAYOS DE COMPRESIÓN• Anexo A (Informativo) Bibliografía13 Anexo B (Informativo) Integrantes del organismo de estudio

NORMA IRAM 9663ENSAYO DE FLEXIÓN

Determinación del módulo de elasticidad local de flexión


Determinación del módulo de elasticidad localde flexión


Determinación del módulo de elasticidad global en flexión


Determinación de la resistencia a la flexión

NORMA IRAM 9663ENSAYOS DE TRACCIÓN

Determinación del módulo de elasticidad en tracciónparalela a la fibra

NORMA IRAM 9663ENSAYOS DE TRACCIÓN

Determinación de la resistencia a la tracciónparalela a la fibra

NORMA IRAM 9663ENSAYOS DE COMPRESIÓN

Determinación del módulo de elasticidad en compresiónparalela a la fibra

Determinación de la resistencia a la compresiónparalela a la fibra

NORMA IRAM 96640 INTRODUCCIÓN1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN2 DOCUMENTOS NORMATIVOS PARA CONSULTA3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES4 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS5 VALORES CARACTERÍSTICOS DE LAS PROPIEDADES

MECÁNICAS DETERMINADAS CON PROBETAS EN MEDIDASREALES DE UTlLlZACIÓN

6 OTROS MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LASPROPIEDADES MECÁNICAS

7 PROPIEDADES MECÁNICAS PARA OTRAS CALIDADES8 DENSIDAD9 PROCEDIMIENTO DE ACEPTACIÓN PARA LA VERIFICACIÓN DE

UN LOTE10 INFORME

Facultad Regional Concepción del UruguayGrupo GEMA .

• Inicio 1995

• Especies: Eucaliptus grandis, Pino elliotti yÁlamo.

Contacto Ing. Juan Carlos Piter - [email protected]://www.frcu.utn.edu.ar/investigacion/gema/index.html

INVESTIGACIÓN EN MADERA PARA USOESTRUCTURAL EN LA UNIVERSIDAD

TECNOLOGICA NACIONAL

Facultad Regional Venado TuertoGrupo GIDEC .

• Inicio 1996, madera en el 2003

• Especies: Araucaria angustifolia, Híbrido Pinoellitotti x caribaea var. Hondurensis y Álamo.

Contacto Ing. Alfredo A. Guillaumet - [email protected]://www.frvt.utn.edu.ar/invesg-estruc-mad.asp



Facultad Regional San Rafael

• Inicio 2005• Especies: Álamo.

Contacto Ing. Felipe genovese - [email protected]://www.frsr.utn.edu.ar



Facultad Regional Rosario

• Inicio 2006• Especies: Eucaliptus rostrata

Contacto Ing. Jorge Orellana - [email protected]://www.frro.utn.edu.ar



Facultad Regional General Pacheco

• Inicio 2006• Especies: Eucaliptus grandis - Alamo

Contacto Ing. Osvaldo Russo - [email protected]://www.frgp.utn.edu.ar



PROCLAMAD• Generar una base de datos confiable y comparable

sobre las principales propiedades físicas ymecánicas de la madera de uso estructural.

• Diseñar métodos de clasificación por resistenciapara especies reforestadas de nuestro País.

• Incentivar el uso de la madera en estructuras,especialmente la proveniente de especies dereforestación.

• Colaborar con la preservación del bosque nativo



PROCLAMAD• Proveer a los profesionales y a la industria de la

construcción de parámetros confiables para eldiseño y cálculo de estructuras de madera

• Colaborar en la generación de una normativanacional para el diseño, ejecución y cálculo deestructuras de madera.

• Integrar la actividad de Ciencia y Tecnología de laUniversidad con la industria maderera, aportandopara el crecimiento del sector



Escuela de Informática y Tecnología

• Inicio 2011• Especies: Alamo

Contacto Ing. Miguel Tortoriello - [email protected]://www.unnoba.edu.ar


NACIONAL DEL NOROESTE DE LA PROVINCIADE BUENOS AIRES

PROYECTOS FINALIZADOS EN LA UTN FRVTVigas aserradas de Araucaria angustifolia




Clase 1 Clase 2 Clase 3Médula No se admite Se admite Se admiteNudo o Grupo de Nudos (1) Menor al 40% Menor al 60% Mayor al 60%

Se admite hasta 1,5metro o 1/2 de lalongitud de la pieza,lo que resulte menor

Longitud máxima de fisuraque no atraviesan la pieza (2)

Se admite hasta 1metro o 1/4 de lalongitud pieza, lo queresulte menor. En losextremos de la piezase admiten conlongitud menor a 2veces la anbchura dela pieza

Deformación previa decurvatura longitudinal de cara

20 mm / 2000 mm

Deformación previa decurvatura longitudinal decanto

12 mm / 2000 mm

Deformación previa de alabeo 2 mm / 25 mm de anchura

Deformación previa decurvatura transversalAtaque activo de insectoArista faltante

(2) Los límites establecidos se refieren a la suma de las fisuras que presenta la viga.

Sin restricciones

No se admiteNo debe reducir la anchura ni el grosor a menos de 2/3 de sudimensión básica.

(1) En porcentaje de la dimensión que ocupa en la cara donde se manifiesta

10 mm / 2000 mm

8 mm / 2000 mm

1 mm / 25 mm de anchura

Se admiten fisuras con una profundidad menor al 50 % del grosorde la piezaSe admite hasta 1 metro o 1/4 de la longitudde la pieza, lo que resulte menor

Longitud máxima de fisuraque no atraviesan la pieza (2)

Solo se admiten en los extremos de la piezay con una longitud menor a la anchura de lamisma

DEFECTOS ADMISIBLESCLASE RESISTENTE


0

10

20

30

40

50

60

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

TENSIONES N/mm2

FR

EC

UE

NC

IA Población

clase 1

clase 2

clase 3

Población

Clase 2

Clase 3

Clase 1


CLASE 1 CLASE 2 CLASE 3PROPIEDADES RESISTENTES en N/mm 2

Flexión (1) f m,k 43,60 24,32 20,06

Tracción paralela (2) f t,0,k 26,16 14,59 12,04

Tracción perpendicular (2) f t,90,k 0,44 0,39 0,39

Compresión paralela (2) f c,0,k 27,34 21,02 19,28

Compresión perpendicular (2) f c,90,k 6,64 5,85 5,81

Cortante (2) f v,k 4,10 2,57 2,20

PROPIEDADES DE RIGIDEZ enkN/mm 2

Módulo de Elasticidad paralelo medio (1) E 0,medio 15,51 13,28 11,63

Módulo de Elasticidad paralelo 5º percentil (1) E 0,05 10,39 8,89 7,79

Módulo de Elasticidad perpendicular medio (2) E 90,medio 0,52 0,44 0,39

Módulo cortante medio (2) G medio 0,97 0,83 0,73

DENSIDAD (Humedad 12%) en Kg/m 3

Densidad (1) ρ k 443 390 387

Densidad media (1) ρ medio 529 483 472

(1) Valores obtenidos directamente de los ensayos(2) Valores obtenidos de acuerdo a las prescripciones de la Norma UNE:EN 384:1995CLASE RESISTENTE SEGÚN UNE-EN 338:1995 C40 C24 C18

PROYECTOS FINALIZADOS EN LA UTN FRVTAplastamiento Araucaria angustifolia

γ − γ − γ − γ − 12% γ − γ − γ − γ − 00% fh 12 // fh 12 _|_Kg/m 3 Kg/m 3 N/mm 2 N/mm 2

Experimental con clavija de 12 mm (10 minutos) 401,15 371,00 38,51 20,33Experimental con clavija de 12 mm (10 años) 24,07 12,71NDS 2005 para clavija de 12 mm 370,00 28,60 14,58

RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO

PROYECTOS FINALIZADOS EN LA UTN FRVTArrancamiento en Araucaria angustifolia

Tangencial Radial Transversal Tangencial Radial Transversal

25 25 25 25 25 25

R kN 0,91 1,06 0,85 4,81 4,90 3,55

Rmin kN 0,45 0,52 0,44 2,53 2,42 1,67

Rmax kN 1,50 1,72 1,63 8,11 7,07 6,19

Rk kN 0,42 0,51 0,28 2,79 2,97 1,65

S kN 0,35 0,33 0,29 1,22 1,17 1,15

COV 0,38 0,32 0,35 0,25 0,24 0,32

Clavos

Nº de ensayos

ParámetrosTornillos

Unidad

PROYECTOS FINALIZADOS EN LA UTN FRVTDurabilidad en Araucaria angustifolia

PROYECTOS FINALIZADOS EN LA UTN FRVTTablas híbrido Pinus elliottii var. elliottii x

Pinus caribaea var. hondurensis “F2”





1- Establecer las pautas para una clasificación visual resistentede tablas aserradas de madera del clon y sus propiedades.

2- Determinar las propiedades mecánicas de vigas de maderalaminada encolada confeccionadas con tablas del clon.

3- Establecer las pautas para una clasificación visual resistentede vigas aserradas de madera del clon, sus propiedades.

4- Determinar del coeficiente de hinchamiento y contracción dela madera del clon.

5- Determinar dureza janka de la madera del clon.6- Determinar la penetrabilidad, retención y durabilidad de la

madera del clon.7- Elaborar una estadística sobre el origen, proceso de

fabricación y especies utilizadas en las vigas de maderalaminada encolada en el noroeste de la provincia de BuenosAires y sur de la provincia de Santa Fe.

8- Formar de Recursos Humanos.

Caracterización tecnológica de la madera de"Populus deltoides Australiano 129/60"

cultivado en el Delta del Río Paraná .

PROYECTO DE REGLAMENTO ARGENTINO DE

ESTRUCTURAS DE MADERA (CIRSOC)

ALGUNAS PREMISAS

•Orientación a especies provenientes de plantaciones.

•Mantener los lineamientos Internacionales CIRSOC.

•Conveniencia de adoptar el NDS con alteraciones

menores.

•Conveniencia de avanzar gradualmente y con sencillez.



DISPOSICIONES GENERALES Y REQUISITOS PARA EL DISEÑOY CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS EN EDIFICACIONES.

CUERPO PRINCIPAL• Requerimientos generales para el diseño estructural.• Valores de diseño.• Disposiciones y ecuaciones para el diseño.• Diseño de miembros estructurales de madera aserrada.• Diseño de miembros estructurales de madera laminada

encolada estructural.• Diseño de miembros estructurales de sección transversal

circular• Diseño de vigas prefabricadas, madera compuesta estructural

y tableros estructurales



DISPOSICIONES GENERALES Y REQUISITOS PARA EL DISEÑOY CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS EN EDIFICACIONES.

CUERPO PRINCIPAL (continuación)8. Diseño de uniones mecánicas.• Diseño de Sistemas Estructurales.

SUPLEMENTO• Suplemento 1: Valores de diseño para madera aserrada.• Suplemento 2: Valores de diseño para madera laminada

encolada estructural.• Suplemento 3: Valores de diseño para miembros estructurales

de sección circular.• Suplemento 4: Valores de diseño para uniones mecánicas.



3- DISPOSICIONES Y ECUACIONES PARA EL DISEÑO.

Aspectos generalesMiembros flexionados

Aspectos generalesEsfuerzos de flexiónEsfuerzos de corteDeformaciones y vibraciones

Miembros comprimidosAspectos generales Miembros simplesMiembros compuestos unidos en forma directaMiembros compuestos unidos con la interposición de

separadores o con presillas lateralesMiembros compuestos unidos en celosía


ESTRUCTURAS DE MADERA (CIRSOC)3- DISPOSICIONES Y ECUACIONES PARA EL DISEÑO.

Miembros traccionadosTracción paralela a las fibrasTracción perpendicular a las fibras

Miembros sometidos a flexión y esfuerzo normalFlexión y tracción longitudinalFlexión y compresión longitudinalCompresión excéntrica aplicada sobre el extremo del miembro

estructuralCompresión excéntrica aplicada a través de una ménsula

Tensiones transmitidas en los apoyosTensiones de compresión paralelas a la dirección de las fibrasTensiones de compresión perpendiculares a la dirección de las fibrasTensiones de compresión inclinadas con respecto a la dirección de

las fibras



DISEÑO DE MIEMBROS ESTRUCTURALES DE MADERA ASERRADA.












DISEÑO DE MIEMBROS ESTRUCTURALES DE MADERAASERRADA.

Factor de estabilidad lateral de la viga (CL)

Con el fin de controlar el riesgo de pandeo lateral, la tensión dediseño de referencia en flexión, Fb, debe ser multiplicada por elfactor de estabilidad lateral de la viga, CL, calculado deacuerdo con lo especificado en el apartado 3.2.1.




Factor de tamaño (CF)




Factor de distribución lateral de cargas (Cr)

Cuando un conjunto de miembros estructurales conseparaciones iguales o similares se encuentra lateralmenteconectado a través de un sistema continuo que asegura ladistribución de las cargas, la resistencia de diseño dereferencia en flexión, Fb, puede multiplicarse por el factor dedistribución lateral de cargas, Cr.

Si no se utilizan métodos más precisos de cálculo, para loscasos indicados debe tomarse Cr = 1,10




Factor de estabilidad del miembro comprimido (CP)

El control de la estabilidad de un miembro comprimido, con elfin de evitar su pandeo lateral, se debe efectuar multiplicandola tensión de diseño de referencia, Fc, por el factor deestabilidad lateral del miembro comprimido, CP, (ver Tabla 4.3-1) cuyo cálculo se indica en el apartado 3.3.



7 - Diseño de miembros estructurales prefabricados, d e maderacompuesta y de tableros

Miembros estructurales prefabricadosAspectos generalesValores de diseño de referenciaAjuste de los valores de diseño de referencia

Miembros estructurales de madera compuestaAspectos generalesValores de diseño de referenciaAjuste de los valores de diseño de referencia

Miembros estructurales de tablerosAspectos generalesValores de diseño de referenciaAjuste de los valores de diseño de referencia



8 -DISEÑO DE UNIONES MECÁNICAS

Aspectos generalesUniones con elementos de fijación de tipo clavija

Resistencia lateralValores de diseño de referenciaAjuste de los valores de diseño de referencia

Resistencia a la extracciónValores de diseño de referenciaAjuste de los valores de diseño de referencia

Resistencia lateral y a la extracción combinadasEsfuerzos locales en los miembros estructurales unidos Deslizamiento de los miembros unidos con elementos de fijaciónde tipo clavija sometidos a carga lateral

Uniones con otros tipos de elementos de fijación



8 -Diseño de sistemas estructurales

Aspectos generalesEstructuras reticuladasDiafragmasPórticos y arcos planosArriostramientos



EN NOMBRE DE LA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICANACIONAL

Y DE LA

UNIVERSIDAD DEL NOROESTE DE LAPROVINCIA DE BUENOS AIRES

GRACIAS ….

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