SETAS DE LA ENCARNACIÓN

MAYO 2,007 MARZO 2,011

ABRIL 2,011 NOVI 2,011

INDICE

1.- INTRODUCCION2.- PROPIEDADES DE LA MADERA3.- SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN MADERA4.-DISEÑO DE VIGAS, VIGUETAS Y ENTABLADOS5.- DISEÑO DE COLUMNAS Y ENTRAMADOS6.- CONCLUSIONES

1.- INTRODUCCION

La madera proviene de los árboles. Este es el hecho másimportante a tener presente para entender su naturaleza. Elorigen de las cualidades o defectos que posee puedendeterminarse a partir del árbol de donde proviene.

El conocimiento sobre la naturaleza de la madera,características y comportamiento, es necesario paraestablecer y efectuar un buen uso de este material.

La madera es históricamente uno de los materiales másutilizados por el hombre. Actualmente, en la mayoría de lospaíses desarrollados su uso como material estructural alcanzaa más del 90% de la construcción habitacional de 1 a 4 pisos.

Países conMayor áreas deBosque-2005

PotencialMaderero del

Perú.

El Perú alberga unadiversidad arbórea quesupera las 2,500 especiesforestales .

Reserva ForestalesMundiales

Bosques coníferas

Bosques latífoliadas

Reserva ForestalesMundiales

Cobertura Forestal Mundial

Cobertura Forestal Mundial

2.- ESTRUCTURA DE LAMADERA

¿QUÉ ES LA MADERA?

• La madera, está formada por un conjunto de célulasque constituyen un organismo vivo, el árbol.

• La formación de la madera se debe a una capageneratriz, llamada CÁMBIUN, situada entre la cortezay el resto del tronco

• En los ciclos vegetativos se forman los anillos. Cadauno de estos, corresponde a una época de crecimientoanual.

• Como cada anillo nos marca un ciclo vegetativo de unaño, podemos saber la edad de un árbol contando susanillos.

Concepto y Características Principales

Es un material biológico, ya que está compuesto principalmente pormoléculas de celulosa y lignina. Siendo madera elaborada, puede serbiodegradada por el ataque de hongos e insectos taladradores, comoson las termitas. Por ello, a diferencia de otros materiales inorgánicos(ladrillo, acero y hormigón, entre otros), la madera debe tener una seriede consideraciones de orden técnico que garanticen su durabilidad en eltiempo.

La madera es un material anisotrópico según sea el plano o direcciónque se considere respecto a la dirección longitudinal de sus fibras yanillos de crecimiento, el comportamiento tanto físico como mecánicodel material, presenta resultados dispares y diferenciados. Para teneruna idea de cómo se comporta, la madera resiste entre 20 y 200veces más en el sentido del eje del árbol, que en el sentidotransversal.

Localización de esfuerzos enla sección transversal de unárbol.

Debido a este comportamientoestructural tan desigual,se ha hecho necesarioestablecer:• Eje tangencial• Eje radial y• Eje axial o longitudinal

El eje radial esperpendicular a los anillosde crecimientoy al eje longitudinal.

El eje longitudinal esparalelo a la dirección delas fibrasy por ende, al ejelongitudinal del tronco.

El eje tangencial, comosu nombre lo indica, estangentea los anillos decrecimiento yperpendicular al ejelongitudinalde la pieza.

ESTRUCTURA DE LAMADERA

• Duramen: parte interior del tronco con,mayor resistencia mecánica y durabilidad.Las capas externas van convirtiéndoseen duramen con el paso del tiempo.

• Cámbium: capa existente entre la albura(madera más reciente) y la corteza quees la base para el crecimiento en espesordel tronco.

• Corteza interna: parte de la corteza viva,filamentosa y de poca resistencia.

• Corteza externa: capa exterior queenvuelve el tronco y protege la vida delárbol.

ESTRUCTURA MACROSCOPICA-PARTES DEL TRONCO

Corteza Exterior: cubierta protectora, impermeable

Corteza interior: conducción de alimento elaborado

Cambium: tejido donde se producen nuevas células

Albura (parte exterior del xilema): conducción denutrientes. Color claro. Espesor variable.

Duramen: resistencia. Biológicamente inactivo.

Partes del Tronco

Cortes del Tronco:

Estructura Macroscópica (10X):

Visibles con lupa 10X:

• Anillos de crecimiento:En los árboles de zonas templadas se distinguen zonasclaras (Primavera) y oscuras (Otoño). En árboles dezonas tropicales no siempre se distinguen claramente.

• Radios medulares:Sistema de conducción transversal. Célulasparenquimáticas, relativamente débiles.

• Parénquima longitudinal:Tejido de color más claro que el fibroso. Distribuciónsegún especie. Cuanto más abundante, menor laresistencia mecánica y la durabilidad.

Estructura Microscópica

Coníferas:

Estructura homogénea. 80 a 90% de traqueidas (resistencia+ conducción). Menor proporción de parénquima.

Latifoliadas:

Estructura heterogénea. Vasos o poros = conducción(6 a 50% en volumen), fibras = resistencia (50% o más),parénquima = almacenamiento (hasta 50%).

Conífera

Latifoliada

Estructura Submicroscópica

Pared secundaria(3 capas)

Pared primaria

Capa intercelular

Composición Química

Elementos:

49% C

6% H

44% O

1% N y otros

Compuestos:

Celulosa 40-60%

Hemicelulosa 5-25%

Lignina 20-40%

3.- PROPIEDADES FISICAS YMECANICAS DE LA MADERA

Propiedades

FÍSICAS MECÁNICAS

Densidad Conductividad Inflamabilidad Dureza Flexibilidad Hendibilidad

– Contracción expansión. Reducción u aumento del volumen de una pieza de madera. (%).

– Aislamiento. Que puede ser aislamiento térmico ,acústico o eléctrico.

1. Contenido de Humedad: La estructura de la madera almacena una importantecantidad de humedad. Esta se encuentra como agua ligada (savia embebida) enlas paredes celulares y como agua libre, en el interior de las cavidades celulares.Para determinar la humedad en la madera, se establece una relación entre masade agua contenida en una pieza y masa de la pieza anhidra, expresada enporcentaje. A este cociente se le conoce como contenido de humedad.

Por ejemplo, si una pieza de madera contiene15% de humedad, significa 15 kilos de aguapor cada 100 kg de madera.

2. Densidad de la Madera: Como se sabe, la densidad de un cuerpo es el cocienteformado por masa y volumen. En la madera, por ser higroscópica, la masa y elvolumen varían con el contenido de humedad; por lo que resulta importanteexpresar la condición bajo la cual se obtiene la densidad. Esta es una de lascaracterísticas físicas más importantes, ya que está directamente relacionada conlas propiedades mecánicas y durabilidad de la madera. En vista a lo anteriorexisten cuatro tipos de densidades para la madera:

• Densidad Anhidra: Relaciona la masa y el volumen de la madera anhidra(completamente seca). La que se usa en general.

• Densidad Normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera conun contenido de humedad del 12%.

• Densidad Básica: Relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen conhumedad igual o superior al 30%.

• Densidad Nominal: Es la que relaciona la masa anhidra de la madera y suvolumen con un contenido de humedad del 12%.

3. Contracción y Expansión de la Madera: El secado de la madera por debajo delpunto de saturación de la fibra, provoca pérdida de agua en las paredes celulares,lo que a su vez produce contracción de la madera. Cuando esto ocurre se dice quela madera“trabaja”.

OBSERVESE: Las dimensiones de la maderacomienzan a disminuir en los tres ejesanteriormente descritos: tangencial, radial ylongitudinal. Sin embargo, en este proceso lacontracción tangencial es mayor a la que seproduce en un árbol.

Las consecuencias de dicho proceso en beneficio de las propiedades resistentesde la madera, dependerán de las condiciones y método de secado aplicado (al aireo en cámara).

La contracción por secado provoca deformaciones en la madera. Sin embargo conun adecuado método, los efectos son beneficiosos sobre las propiedades físicas ymecánicas de la madera.

4. Propiedades eléctricas: La madera anhidra es un excelente aislante eléctrico,propiedad que decae a medida que aumenta el contenido de humedad.

5. Propiedades acústicas: La madera, como material de construcción, cumple un rolacústico importante en habitaciones y aislación de edificios, ya que tiene la capacidad deamortiguar las vibraciones sonoras. Su estructura celular porosa transforma la energíasonora en calórica, debido al roce y resistencia viscosa del medio, evitando de esta formatransmitir vibraciones a grandes distancias.

6.Propiedades térmicas: El calor en la madera depende de la conductividadtérmicay de su calor específico.a) Conductividad es la capacidad que tiene un material para transmitir calor, y se

representa por el coeficiente de conductividad interna.

b) Calor específico es definido como la cantidad de calor necesario para aumentaren 1 grado Celsius (°), la temperatura de un gramo de madera.El calor específico en la madera es 4 veces mayor que en el cobre y 50% mayor queen el aire. No depende de la especie ni densidad, pero sí varía con la temperatura.La combinación de estos dos aspectos hace de la madera un material que absorbecalor muy lentamente. La alta resistencia que ofrece la madera al paso del calor, laconvierte en un buen aislante térmico y en un material resistente a la acción delfuego.

Las propiedades mecánicas de la madera determinan la capacidad oaptitud para resistir fuerzas externas. Se entiende por fuerza externacualquier solicitación que, actuando exteriormente, altere su tamaño,dimensión o la deforme.

El conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera seobtiene a través de la experimentación, mediante ensayos que seaplican al material, y que determinan los diferentes valores deesfuerzos a los que puede estar sometida

Cuando la carga aplicada a un cuerpo aumenta, se produceuna deformación que se incrementa paulatinamente. Estarelación entre la carga aplicada y la deformación que sufre uncuerpo se puede representar gráficamente por una recta, hasta elpunto donde se inicia el límite elástico del material ensayado. Si sesigue aumentando la carga, se logra la rotura del material.

La rigidez de un cuerpo se define como la propiedad que tiene pararesistir la deformación al ser solicitado por fuerzas externas. Lamedida de rigidez de la madera se conoce como módulo deelasticidad o coeficiente de elasticidad, calculado por la razón entreesfuerzo por unidad de superficie y deformación por unidad delongitud. Cuando la carga resulta mayor a la del límite elástico, lapieza continúa deformándose hasta llegar a colapsar, obteniendo latensión de rotura de la pieza de madera.

1. Compresión paralela a las fibras:Es la resistencia de la madera a una carga endirección paralela a las fibras, la que se realizaen columnas cortas para determinar la tensiónde rotura.

2. Compresión normal a las fibras:Es la resistencia de la madera a una cargaen dirección normal a las fibras, aplicadaen una cara radial, determinando la tensiónen el límite de proporcionalidad y tensiónmáxima.

3. Flexión estática:Es la resistencia de la viga a una carga puntual,aplicada en el centro de la luz, determinando latensión en el límite de proporcionalidad, tensiónde rotura y el módulo de elasticidad.

4. Tenacidad:Es la capacidad que tiene lamadera de absorber energíaal aplicar una carga que actúa enforma instantánea.

5. Cizalle:Es la medida de la capacidad dela pieza para resistirfuerzas que tienden a causardeslizamiento de una partede la pieza sobre otra.

6. Clivaje tangencial y radial:El clivaje es la resistencia que ofrece la maderaal rajamiento. Puede ser tangencial y radial,dependiendode la ubicación de los anillos de crecimiento.

7. Dureza:Es la resistencia que presenta lamadera a la penetración.

Factores que afectan las propiedades mecánicas:Existe una serie de variables relacionadas con laestructura natural de la madera que pueden afectarsus propiedades mecánicas, como por ejemplo:

Defectos de la maderaRecibe este nombre cualquier irregularidad física,química o físico-química de la madera, que afecte losaspectos de resistencia o durabilidad, determinandogeneralmente una limitante en su uso o aplicación.El identificar los defectos de la madera permiteclasificarla por aspecto o resistencia.

Pero antes es necesario definir los términos relativos ala madera, que se usan comúnmente:

a) Defectos propios:Los defectos propios que más inciden sobre las propiedades de resistenciay durabilidad son:

• Nudos sueltos: Abertura de sección relativamente circular, originadapor el desprendimiento de un nudo. Los agujeros y/o nudos sueltos sepueden ubicar enla arista, en el borde de la cara, en el canto o en la zona central de la cara.

La posición de este defecto es determinante en la magnitud de la alteraciónque causará en las propiedades resistentes. Así, un agujero, dentro o cercadeun canto, afecta fuertemente la resistencia de tracción o compresión deuna pieza solicitada por flexión.En cambio, un agujero en el centro de la cara alterará más su resistencia decizalle, cuando se aplica a ella el mismo esfuerzo de flexión.

• Rajaduras: Separación de fibras en lamadera que afecta dos superficiesopuestas o adyacentes de una pieza.

• Grietas: Separación de elementosconstitutivos de la madera, cuyodesarrollo no alcanza a afectar dossuperficies opuestas o adyacentesde una pieza.

• Alabeos: Deformación que puede experimentar una pieza demadera en la dirección de sus ejes, longitudinal y transversal o ambos a lavez, pudiendo tener diferentes formas: acanaladura, arqueadura,encorvadura y torcedura.

Estos son defectos típicos por secado inadecuado, tema que se trata másadelante.

El secado de la madera es un proceso que se justifica para toda pieza que tengauso definitivo en el interior de la vivienda (queda incorporada a la vida útil de ésta),sea con fines estructurales o de terminación. La utilización de madera seca aportauna serie de beneficios, entre los que se destaca:

• Mejora sus propiedades mecánicas: la maderaseca es más resistente que la madera verde.• Mejora su estabilidad dimensional.• Aumenta la resistencia al ataque de agentesdestructores (hongos).• Aumenta la retención de clavos y tornillos.• Disminuye considerablemente su peso propio,abarata el transporte y facilita la manipulación deherramientas.• Mejora la resistencia de adhesivos, pinturas ybarnices.• Mejora su ductilidad, facilidad para cortar y pulir.• Aumenta la resistencia de las uniones de maderasencoladas.

Se efectúa simplemente encastillando la madera bajo cubiertas protectoras contrael sol directo, permitiendo la circulación de aire en forma expedita y, según lascondiciones de temperatura y humedad relativa del ambiente, el secado de lamadera. Tiene la desventaja de ser un proceso lento y poco efectivo. Losprincipales factores que influyen en un buen secado al aire son:

• Disponer de una cancha o patio que permita exponerla madera al aire, y que el encastillado sea efectuadode modo que el aire circule envolviendo cada unade las piezas de madera.

• El mejor sistema de encastillamiento para un secadorápido con el mínimo de agrietamiento y torceduras,es el apilado plano.

Consiste en secar la madera en cámaras especiales (hornos), en los cuales semanejan variables de presión, humedad y temperatura (80 a 90 ºC). Este procesotiene la ventajade ser rápido, además de establecer el grado de humedad deseado.

Tiene la desventaja de ser un proceso que puede provocar fisuras, grietas,arqueaduras y torceduras en la madera, dependiendo del procedimiento y laespecie.

Densidad

Masa Volumen

Verde Verde Verde

Seca al aire Seca al aire Seco al aire

Anhidra Seca al horno Seco al horno

Básica Seca al horno Verde

Masa/volumen (gr./cm3). Nos dice que tan compactaes la madera, es decir que tan dura.

Contenido de Humedad

%100% xanhidroPeso

anhidroPesohúmedoPesoCH

Es la cantidad de agua presente en la madera. (%).

La madera tiene agua en tres formas:

• Agua libre (llenando las cavidades celulares)

• Agua higroscópica (saturando las paredes celulares)

• Agua de constitución (formando la estructura molecular)

Cuando la madera se expone al medio ambiente se inicia elproceso de secado. Se pierde primero el agua libre y luego– mucho más lentamente – el agua higroscópica.

La madera está “verde” cuando sólo ha perdido agua libre.Está “seca” si ha perdido también una parte del aguahigroscópica. “Anhidra” es la condición cuando se ha perdidotoda el agua libre e higroscópica.

Gráfico 1. Curvas experimentales de secado de madera en un secador convencional de petróleo..Gráfico 2. Curva típica de secado de madera en un secador solar.

Variación del tiempode secado según elespesor del material

CONTENIDO DE HUMEDAD SEGÚN EL DESTINO DE LA MADERA

Contenido de Humedad de Equilibrio:

0

4

8

12

16

20

24

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Humedad Relativa (%)

CH d

e eq

uilib

rio (%

)

T=5°C

T=35°C

Cambios Dimensionales:

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% de contracción

CH %

Longitudinal

Radial

Tangencial

Volumétrica

Conductividad TérmicaMaterial: Kcal / (hora m °C)

Aire 0.0216Lana mineral 0.03

Madera anhidra (DA=0.4) 0.03

Madera anhidra (DA=0.8) 0.12

Corcho 0.08

Yeso 0.30

Ladrillo 0.5-0.8

Concreto 1.15-1.4

Acero 35-50

Cobre 350

Propiedades Mecánicas de La Madera

Compresión

Tracción

Flexión

Corte oCizallamiento

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Densidad Básica

MO

R (k

g/cm

2)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Densidad Básica

MO

E (t

/cm

2)

4.- MATERIAL ESTRUCTURAL

TIJERAL DE MADERA LAMINADA ENCOLADA(AUSTRIA CENTER VIENNA- 37 METROS DE LONGITUD)

MADERA LAMINADA ENCOLADA(MLE)

La Madera comoMaterial de

Construcción.

• Material no Estructural.– Pisos, Puertas, ventanas,

Zócalos, etc.

• Material Estructural .– Vigas, columnas,

armaduras, pie derechos,soleras, etc.

• Encofrados para concreto.– Tradicionales y

Modulares.

Cimentación.• Pilastras.

• Pilotes.

• Cimientocorrido.

• Losa deconcreto.

Madera de Uso No Estructural

Elementos Estructurales de Madera.

MADERA

ESTRUCTURAL

MADERA

ESTRUCTURAL

MADERA

ESTRUCTURAL

MADERA

ESTRUCTURAL

PESO PROPIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION

DESCRIPCION Kg/m3Madera tropical al 30% de Contenidode Humedad.

Grupo A 1100Grupo B 1000Grupo C 900

Acero de Construccion 7850Aluminio 2750Zinc Laminado 7200Tierra 1800Gravas y Arenas Secas 1600Arcilla en masa (Adobe) 2100Albañileria de adobe 1600Albañileria de ladrillo ordinario 1800Albañileria de ladrillo hueco 1450mortero yeso 1200Mortero de cal y cemento 1900Mortero de Cemento 2100Concreto simple 2300Concreto simple fresco 2400Concreto armado 2400Agua 1000

5.- DISEÑO DE VIGAS, VIGUETAS YENTABLADOS

Hipótesis de Análisis

•Material homogéneo

•Comportamiento lineal y elástico

•Elementos lineales se analizanignorando la anisotropía del material

Verificaciones Requeridas

•Deflexiones

•Resistencia:

flexión, corte, aplastamiento

•Estabilidad

Deflexiones < Deflexiones Admisibles

Deflexiones Máximas Admisibles

Condición de Carga

¿Soportan elementos frágiles?

Si No

Cargas totales L / 300 L / 250

Sólo carga viva L / 350 L / 350

Viga Simplemente ApoyadaCon Carga Uniforme

EI

LCVCM4)8.1(

3845

MÓDULO DE ELASTICIDAD (kg/cm2)

GrupoEstructural E mínimo E promedio

A 95 000 130 000

B 75 000 100 000

C 55 000 90 000

Valores para madera en condición verde; pueden ser usados para madera seca

Esfuerzos Aplicados < Esfuerzos Admisibles

Flexión:

Corte:

Los esfuerzos de flexión sólocontrolan el diseño para vigasde poca longitud. Los esfuerzosde corte prácticamente nuncason críticos.

Esfuerzos Admisibles (kg/cm2)

GrupoEstructural

Flexiónfm

TracciónParalela

ft

Compresión paralela

fc//

CompresiónPerpendicul

arfc┴

CorteParalelo

fv

A 210 145 145 40 15

B 150 105 110 28 12

C 100 75 80 15 8

Esfuerzos para madera en condición verde; pueden usarse para madera seca

Estabilidad

Requisitos de arriostramiento, enfunción de la razón h/b, para evitarel pandeo lateral – torsional.

Entablados

• Suponer que las tablas son continuas en por lo menos 2tramos.

• Además de la carga distribuida, debe soportarse una fuerzaconcentrada de 70kg, repartida entre 3 tablas ó 30cm, lo quesea menor.

• El espesor mínimo en entablados de entrepisos será 18mm.

• Deflexión máxima L/450 para carga distribuida, L/300 paracarga concentrada.

6.- DISEÑO DE COLUMNASY ENTRAMADOS

Hipótesis de Análisis

•Material homogéneo

•Comportamiento lineal y elástico

•Elementos lineales se analizanignorando la anisotropía del material

LongitudEfectiva

LongitudEfectiva

Longitud Efectiva de Pandeo

El modo de pandeose muestra enlíneas segmentadas

Coeficiente de longitudefectiva teórico

Valor recomendadopara diseño

SímbolosTraslación y rotación restringidas

Traslación restringida, rotación libre

Traslación libre, rotación restringida

Extremo libre

Esbeltez

Para columnas o pie derechos de sección rectangular des la dimensión de la sección en la dirección en que seconsidera el posible pandeo; para secciones circulares

d es el diámetro.

d

Lef

0 10 20 30 40 50

Esbeltez

N adm

Carga Admisible en Columnas

A fc

2/3 A fc

Ck

Cortas Intermedias Largas

Clasificación de Columnas Rectangulares

Columna cortas:

Columnas intermedias:

Columnas largas:

10

kC 10

50 kC

Clasificación de Columnas Circulares

Columna cortas:

Columnas intermedias:

Columnas largas:

9

kC 9

43 kC

MÓDULO DE ELASTICIDAD (kg/cm2)

GrupoEstructural E mínimo E promedio

A 95 000 130 000

B 75 000 100 000

C 55 000 90 000

Valores para madera en condición verde; pueden ser usados para madera seca

Esfuerzos Admisibles (kg/cm2)

GrupoEstructural

Flexiónfm

TracciónParalela

ft

Compresión paralela

fc//

CompresiónPerpendicul

arfc┴

CorteParalelo

fv

A 210 145 145 40 15

B 150 105 110 28 12

C 100 75 80 15 8

Esfuerzos para madera en condición verde; pueden usarse para madera seca

Cargas Admisibles en Compresión

4

311

kcadm CAfN

2

2

5.25.2 ef

cradm

L

EINN

AfN cadm Columnas cortas (resistencia):

Columnas intermedias:

Columnas largas (pandeo):

Simplificación para ColumnasLargas

2247.0

EAN adm

2329.0

EAN adm Columnas de sección rectangular:

Columnas de sección circular:

Esbeltez Límite Ck

El límite entre columnas intermedias y largas corresponde a la carga admisible:

5.23

2 crc

NAf

Columnas de sección rectangular:

Columnas de sección circular:

ck f

EC 7025.0

ck f

EC 6083.0

Flexo - Compresión

1m

m

adm fZ

MK

N

Ncarga axial aplicada

carga admisible en compresión pura

factor de magnificación de momentos

valor absoluto del momento máximo

módulo de sección

esfuerzo admisible en flexión pura

carga crítica de Eulercr

m

m

adm

N

f

Z

M

K

N

N

cr

m

N

NK

5.11

1

2

2

efcr

L

EIN

Magnificación de momentos:

Carga crítica de Euler:

7.- CONCLUSIONES

• Menos tiempo en la construcción.• Es liviano.• Usado correctamente y con un buen

mantenimiento resulta durable.• Inspira calidez y Arquitectónicamente es muy

apreciado.• Es un material renovable.• Puede ser desmontada y trasladada.

Indonesia 2007