01 madera estructural final

DISEÑO EN ACERO Y MADERA

MADERA ESTRUCTURAL• ARAUJO CHOQUE, CHRISTIAN• CRESPO NINAMANCO, FREDY• ALDANA RIVERA, EDGAR

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

• Se basa en relacionar las características de cada pieza o producto derivado de madera con valores de resistencia y rigidez.

• La única forma de saber exactamente la resistencia de una pieza de madera es ensayándola hasta que se rompa.

LA MADERA ESTRUCTURAL

1. Clasificación estructural visual.

• Se basa en definir grados estructurales, en función de los atributos naturales derivados de la especie forestal (nudos, médula, etc).

LA MADERA ESTRUCTURAL

• Atributos a Evaluar en la clasificación:

LA MADERA ESTRUCTURAL

Nudos

Inclinaciónde fibra

Grietas yrajaduras

Médula

Cantomuerto

Bolsillos de resinas y corteza

2. Clasificación estructural mecánica.• Se basa en la relación entre el Módulo de

Elasticidad o rigidez del producto madera y el Módulo de Rotura o resistencia como viga .

LA MADERA ESTRUCTURAL

MOE o Rigidez La madera o producto no debe curvarse más allá de un límite permitido para una carga dada

MOR o Resistencia Las vigas de madera o producto no deben quebrarse bajo la carga completa de diseño

3. Ventajas• La madera es un gran material estructural ecológico ya que

requiere menos energía para trabajarla y causa menor contaminación de agua y aire comparada con otros materiales de construcción. La madera consume un sexto de la energía necesaria para procesar la misma unidad de peso de acero estructural.

• Debido al bajo peso que tiene la madera, se ahorra en los procesos a los que se somete y en sus costos de transporte. Una construcción de madera posee un bajo peso, en caso de un terremoto cede ante las oscilaciones pero no se derrumba y hay menos riesgos de sufrir daños debido a un colapso que en construcciones del mismo tamaño hechas con acero y concreto.

MADERA ESTRUCTURAL

3. Ventajas• La madera es un buen material estructural ya que sus

módulos de resistencia con respecto al peso que posee son muy altos, comparada con el acero y el concreto, y además, es más barata.

• La madera es un material aislante que ofrece un clima agradable debido ala inercia térmica que posee, ya sea que en un clima frío provea un ambiente interior más cálido o que en ambientes calurosos ofrezca ambientes interiores más frescos. Se consume menos energía por concepto de aire acondicionado y/o calefacción. También es un excelente aislante de ondas sonoras y vibraciones.

MADERA ESTRUCTURAL

3. Ventajas• El tiempo empleado para realizar una casa de madera es

menor que el empleado en una casa del mismo tamaño con sistema de construcción tradicional.

• Se puede hacer modificaciones o ampliaciones en la vivienda sin necesidad de demoler y causar grandes molestias a sus usuarios.

• Una vivienda de madera correctamente diseñada puede soportar en mejores condiciones un incendio que una casa tradicional.

• La madera es un material renovable, resultado de la captura de carbono por parte de los árboles junto con el desprendimiento de oxígeno.

MADERA ESTRUCTURAL

3. Ventajas• Es posible realizar elementos prefabricados o modulares en

lugares distintos para después transportar y ensamblar en el sitio de la obra.

• Con la madera es posible realizar construcciones duraderas y con ventajas, comparadas con materiales de construcción convencionales como el acero y el concreto.

MADERA ESTRUCTURAL

4. Desventajas• Muchas veces no se da un tratamiento preservador a la

madera, por lo que queda propensa al ataque de agentes xilófagos e intemperismo. Es necesaria una adecuada protección de la madera ya que sin ella no hay gran durabilidad de la construcción.

• Las dimensiones comerciales de la madera muchas veces son un problema cuando se busca tamaños mayores.

• La madera al ser un material ortotrópico no posee los mismos módulos de resistencia mecánica en todas las direcciones, sino que se varían con relación a la dirección de sus fibras.

• Los fabricantes de casas y/o construcciones de madera a nivel artesanal no están en competitividad con aquellos que producen a nivel industrial.

MADERA ESTRUCTURAL

4. Desventajas• Se requiere realizar un buen diseño (más importante que en

otros materiales) para asegurar su resistencia ante diferentes condiciones deservicio, cambiantes por los factores bióticos y de intemperismo.

• Hace falta dar un obligado mantenimiento.• Muchas veces en proyectos constructivos es necesario que

trabajen en conjunto varios gremios; hay necesidad de unir a: carpintero, albañil, cristalero y pintor, esto dificulta un buen acabado final.

MADERA ESTRUCTURAL

MARCO REGLAMENTARIO

RNE

MARCO REGLAMENTARIO

• Vigas • Tijerales• Pisos • Columnas • Pies derechos • Muros • Postes • Puentes • Muelles • Etc……

USOS

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

Sección transversal de un tronco mostrando las principales formaciones celulares que pueden apreciarse a simple vista

LA ESTRUCTURA DE LA MADERA

• La madera está formada por dos tipos de tejidos fundamentales: – Tejidos parenquimatosos o parénquimas,

formados por células aproximadamente isodiamétricas.

– Tejidos prosenquimatosos o prosénquimas que están constituidos por células alargadas.

LA ESTRUCTURA DE LA MADERA

• Todas las células de la madera se originan a partir de dos tipos de células indiferenciadas iniciales: – Las células fusiformes iniciales producen células

alargadas verticalmente que, en las coníferas, representan más del 90 por ciento de la madera y del floema.

– Las células radiales iniciales producen células alargadas radialmente que se denominan fibras radiales.

• En muchas coníferas que presentan la madera estructuralmente más sencilla, sólo aparecen un tipo de células fusiformes.

LA ESTRUCTURA DE LA MADERA

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

• La resistencia a tracción paralela a la fibra es elevada. En la madera clasificada, los valores característicos oscilan entre 8 y 18 N/mm2

• Como EJERCICIO de piezas solicitadas a este esfuerzo se encuentran, principalmente, los tirantes y los pendolones de las cerchas.

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

• Su resistencia a compresión paralela a la fibra es elevada, alcanzando valores característicos en la madera clasificada de 16 a 23 N/mm2.

• En el cálculo de los elementos comprimidos se ha de realizar la comprobación de la inestabilidad de la pieza (pandeo), en el que influye decisivamente el módulo de elasticidad.

• El valor relativamente bajo de este módulo reduce en la práctica la resistencia a la compresión en piezas esbeltas.

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

• Esta propiedad resulta importante en una gran cantidad de tipos de piezas, como pilares, montantes de muros entramados, pares de cubierta, etc.

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

• En madera es preciso hablar de una resistencia a la flexión, aunque esté formada por la combinación de una tracción y una compresión.

• El comportamiento mecánico de estas dos propiedades es diferente, y por tanto resulta más práctico referirse al efecto conjunto de ambas en el caso de flexión.

FLEXIÓN

• Su resistencia a flexión es muy elevada, sobre todo comparada con su densidad.

• Sus valores característicos para las coníferas, que se utilizan habitualmente en estructuras, varían entre 14 y 30 N/mm2.

• Esta propiedad es importante en piezas tales como vigas, viguetas de forjado, pares de cubierta, etc.

FLEXIÓN

• En madera libre de defectos

FLEXIÓN

• En madera con defectos

FLEXIÓN

• En madera con defectos

FLEXIÓN

• En madera con defectos

FLEXIÓN

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

• Su resistencia a la tracción perpendicular a la fibra es muy baja (del orden de 30 a 70 veces menos que en la dirección paralela). Su valor característico es de 0,3 a 0,4 N/mm2.

• En la práctica y aplicado a las estructuras, esta solicitación resulta crítica en piezas especiales de directriz curva (arcos, vigas curvas, etc) o en zonas de cambio brusco de directriz (zonas de vértice).

• Estas tensiones de tracción, también se pueden producir como consecuencia de la coacción del libre movimiento transversal de la madera en soluciones constructivas incorrectas, que pueden ser evitadas fácilmente con el conocimiento del material.

TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

• Su resistencia a compresión perpendicular a la fibra es muy inferior a la de la dirección paralela. Sus valores característicos varían entre 4,3 y 5,7 N/mm2, lo que representa la cuarta parte de la resistencia en dirección paralela a la fibra.

• Este tipo de esfuerzo es característico de las zonas de apoyo de las vigas, donde se concentra toda la carga en pequeñas superficies que deben ser capaces de transmitir la reacción sin sufrir deformaciones importantes o aplastamiento.

COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

• El esfuerzo cortante origina tensiones tangenciales que actúan sobre las fibras de la madera según diversos modos:– Tensiones tangenciales de cortadura: las fibras son

cortadas transversalmente por el esfuerzo. El fallo se produce por aplastamiento.

– Tensiones tangenciales de deslizamiento: el fallo se produce por el deslizamiento de unas fibras con respecto a otras en la dirección longitudinal.

– Tensiones tangenciales de rodadura: el fallo se produce por rodadura de unas fibras sobre las otras.

CORTANTE

CORTANTE

• En la madera, debido a su anisotropía, el módulo de elasticidad en dirección paralela a la fibra adopta valores diferentes según se trate de solicitaciones de compresión o de tracción.

• En la práctica se utiliza un único valor del módulo de elasticidad para la dirección paralela a la fibra. Su valor varía entre 7.000 y 12.000 N/mm2 dependiendo de la calidad de la madera.

• En la dirección perpendicular a la fibra se toma, análogamente, un único módulo de elasticidad, cuyo valor es 30 veces inferior al paralelo a la fibra.

MÓDULO DE ELASTICIDAD

• En la madera también existe un módulo de cortante ligado a los esfuerzos cortantes.

• Su valor es 16 veces inferior al módulo de elasticidad paralelo a la fibra.

MÓDULO DE CORTANTE

• Resistencia elevadas– Flexión– Tracción paralela– Compresión paralela

• Resistencia reducidas– Compresión perpendicular (1/5 de la paralela)– Tracción perpendicular (1/30 de la paralela)

• Resistencia intermedia– Cortante

• Módulos de Elasticidad– Longitudinal, E: 7.000 a 20.000 N/mm2– Transversal, G: E/16

RESUMEN

1. La Madera estructural2. Estructura de la Madera3. Resistencia a la tracción paralela a la fibra4. Resistencia a la compresión paralela a la fibra5. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra6. Resistencia a la compresión perpendicular a la

fibra7. Ejercicio aplicativo

CONTENIDO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

Formas

comunes

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

Apoyos suficientes : estable

EJERCICIO APLICATIVO

Par y nudillo : estable

EJERCICIO APLICATIVO

Elementos típicos

EJERCICIO APLICATIVO

Arriostramiento

EJERCICIO APLICATIVO

Arriostramiento

EJERCICIO APLICATIVO

Momentos de flexión para diseño

EJERCICIO APLICATIVO

Longitud efectiva

EJERCICIO APLICATIVO

Longitud efectiva

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

GRACIAS