APUNTES DE ESTRUCTURAS DE MADERA        2009, María Castaño Cerezo 

Carpinteros El término 'carpintero' en Japón es mucho más amplio que lo que entendemos en Occidente, más próximo al término arquitecto. El oficio estaba muy jerarquizado: sobre los que realizaban viviendas estaban los constructores de 'casas de té' y en la cúspide los 'miyadaiky', los constructores de templos. El carpintero cumple una doble función, debe reparar una deuda con la Naturaleza por explotarla y debe cumplir frente a la sociedad con un servicio público. Si un carpintero corta un árbol de 1000 años se ve obligado a construir un edificio que dure al menos otros 1000 años para tranquilizar su conciencia. Aunque los tiempos han cambiado se mantiene la misma filosofía. Existen en el oficio tres rangos de aprendices y lleva muchos años de estudio llegar a ser maestro carpintero y se obserba un riguroso código ético entre ellos. El aprendizaje está impregnado por un fuerte espiritualismo más que en la tecnología como en Occidente. Sólo 10 maestros nuevos son licenciados cada año para trabajar en los templos, y su acreditación debe renovarse cada cinco años. La mayoría de ellos son arquitectos que se han formado en las escuelas regladas. Filosofía de la madera Las creencias sintoístas ponen el acento en el amor y el respeto por la madera como un organismo vivo, incluso después de haberse cortado e icorporado a la edificación, donde debe asegurarse su permanencia en armonía con el medio. Se escogerán los fustes con la misma localización y orientación original, para que su espíritu permanezca sin sobresaltos. Por eso se emplean especies locales que en otras regiones no serían aceptables y soportarán las mismas cargas que las que en su estado natural. El carpintero supervisa personalmente la selección del árbol, el aserrado, el almacenaje y secado que realiza personalmente en una media de 10 años. El almacenamiento de las tablas se realiza verticalmente cada arbol par armonizar el dibujo de las tablas. Carpintería EL templo tradicional japonés se desarrolló completamente en el siglo VII y estaba pensado para una tecnología más rudimentaria y grandes pesos por lo que las secciones de las piezas eran muy grandes y con ensambles muy seguros. Los carpinteros no empleaban clavos, colas o conectores que no fueran de madera lo que provocaba un gran número de complicadísimos ensambles que aseguraran la rigidez pero también la flexibilidad para soportar las frecuentes catástrofes naturales de la región. Hay en su catálogo dos tipos de juntas, los empalmes a testa y los ensambles en ángulo, y van desde soluciones sencillas hasta otras enormemente complicadas que se realizan a mano o con maquinaria portátil. Tradición de construcción residencial El peligro constante de terremotos, tifones y tsunamis (maremotos) ha hecho considerar la vivienda en Japón como un bien temporal (más incluso que en norteamérica), lo cual explicaría lo espartano de la decoración interior y la ligereza y transportabilidad del mobiliario. La madera siempre ha sido el material preferido para estructuras y carpintería desde hace milenios como intentando reflejarse en el espejo de los templos. La economía de esos tiempos permitía el empleo de la madera natural, sin más tratamiento que el propio curado. AITIM Nº 186. Año 1997

1. CARACTERÍSTICAS DE LA MADERA 1.1. Composición y estructura interna 1.2. Propiedades físicas

1.2.1. El agua en la madera 1.2.1.1. Contenido de Humedad en la madera 1.2.1.2. Higroscopicidad 1.2.1.3. Cambios volumétricos 1.2.1.4. Ddurabilidad 1.2.1.5. Resistencia

1.2.2. Duración de la carga 1.2.3. Kmod 1.2.4. Calidad de la madera (XK)

1.2.4.1. Calidad de la madera 1.2.4.2. Clases Resistentes

1.2.5. Forma de la pieza estructural (Kh , Kv) 1.2.6. Carga compartida (Ksys) 1.2.7. Densidad. 1.2.8. Temperatura

1.3. Propiedades mecánicas 1.3.1. Introducción 1.3.2. Tensiones normales y tangenciales 1.3.3. Comparación con otros materiales estructurales

1.4. Materiales (CTE)

2. CRITERIOS DE CÁLCULO 2.1. Introducción 2.2. Resistencia y estabilidad (ELU)

2.2.1. Resistencia. 2.2.2. Estabilidad 2.2.3. Fuego

2.3. Aptitud al servicio (ELS)

3. ELEMENTOS DE UNIÓN 3.1. Introducción 3.2. Uniones tipo clavija 3.3. Uniones con conectores 3.4. Uniones tradicionales

4. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MADERA Y PRODUCTOS DERIVADOS (CTE)

4.1. Vigas mixtas de madera 4.2. Soportes compuestos 4.3. Celosías 4.4. Diafragmas 4.5. Arriostramientos

5. ESTRUCTURAS MIXTAS DE HORMIGÓN Y MADERA

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. ESTADOS LÍMITES DE SERVICIO (ELS) 

Valor de cálculo de las propiedades resistentes del material Xd =

Kmod

Madera maciza, laminada encolada, microlaminada y tablero contrachapado.

Tablero de virutas orientadas (OBS)

Tablero de partículas

Para cada combinación de acciones Kmod corresponderá a la carga de mas corta duración.

En las uniones de cerchas se tendrá en cuenta la deformación local de tipo lineal de la unión.

En las articulaciones de las barras flectadas se considerará que en la unión no hay deslizamiento. En el empalme de estructuras adinteladas se considerará la rigidez eficaz de la unión.

Sistemas de barras de sección constante Cálculo de solicitaciones,

Material elastico (E0,g,medio) Análisis 1er orden (E0,g,k), la comprobación de estabilidad se realiza con el método de la longitud de pandeo.

Cálculo de las tensiones de la sección. Resistencia de materiales (solido elástico, homogéneo e isótropo) 

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.1. INTRODUCCIÓN

SITUACIÓN PERSISTENTE O TRANSITORIA

SITUACIÓN EXTRAORDINARIA (fuego, impacto, etc)

SITUACIÓN EXTRAORDINARIA SISMO

El cálculo de las solicitaciones en barras de sección no constante y/o de directriz curva se hará discretizando la geometría en barras rectas de sección constante. En estos casos la resistencia de la madera es menor porque hay que sumar las tensiones perpendiculares a la fibra que aparecen. A efectos de dimensionado en estos casos reduciremos la resistencia de la madera.

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.2. RESISTENCIA (1/3)

COMPROBACIÓN DE TENSIONES EN BARRAS DE DIRECTRIZ RECTA Y SECCIÓN RECTANGULAR

Tensiones Normales (σ) Paralelas a la fibra

Ecuación Resistencia de Materiales “Nd / A + (Mdy / Wy) + (Md,z / Wz) ≤ fd” SOLICITACIÓN TRACCIÓN // σt,0,d = Nd / A σt,0,d / ft,0,d ≤1 SOLICITACIÓN COMPRESIÓN // σc,0,d = Nd / A σc,0,d / fc,0,d ≤1 SOLICITACIÓN FLEXIÓN σm,d = Md / W σm,d / fm,d ≤1 SOLICITACIÓN FLEXIÓN ESVIADA σm,d1 = (Mdy / Wy) + 0,7 (Md,z / Wz) σm,d1 / fm,d ≤1 σm,d2 = 0,7 (Mdy / Wy) + (Md,z / Wz) σm,d2 / fm,d ≤1 SOLICITACIÓN TRACCIÓN // + FLEXIÓN σm,d1 = (Mdy / Wy) + 0,7 (Md,z / Wz) (σt,0,d / ft,0,d) + (σm,d1 / fm,d) ≤1 σm,d2 = 0,7 (Mdy / Wy) + (Md,z / Wz) (σt,0,d / ft,0,d) + (σm,d2 / fm,d) ≤1 SOLICITACIÓN COMPRESIÓN // + FLEXIÓN σm,d1 = (Mdy / Wy) + 0,7 (Md,z / Wz) (σc,0,d / ft,0,d)2 + (σm,d1 / fm,d) ≤1 σm,d2 = 0,7 (Mdy / Wy) + (Md,z / Wz) (σc,0,d / ft,0,d)2 + (σm,d2 / fm,d) ≤1

Tensiones Tangenciales ( ) por Cortante T SOLICITACIÓN CORTANTE

d = 1,5 d / fv,d ≤1

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.2. RESISTENCIA (2/3)

Tensiones Normales (σ) Perpendiculares a la fibra SOLICITACIÓN COMPRESIÓN ┴ σc,90,d = Nd / A σc,90,d / (Kc,90 fc,90,d) ≤1

Coeficientes Kc,90 l1 ≤ 150mm l1 > 150mm

a≥100mm a<100mm l ≥ 150mm 1 1 1

150mm> l > 15 mm 1

l ≤ 15mm 1 1,8 1+ (a / 125) SOLICITACIÓN TRACCIÓN ┴ σt,90,d = Nd / A σt,90,d / ft,09,d ≤1

Tensiones Normales (σ) Inclinadas respecto a la fibra SOLICITACIÓN COMPRESIÓN OBLICUA

σc,α,d = Nd / A σc,α,d / (fc,α,d = )≤ 1

Piezas curvas En las comprobaciones resistentes a flexión y compresión y tracción paralela a la fibra, deberá aplicarse un coeficiente reductor de la resistencia Kr. Kr = 0,76 + 0,001 (ri / t); para 125 ≥ (ri / t)<240 Kr = 1 para (ri / t)≥240 Siendo ri el radio del intradós de la curva y t el espesor de la tabla.

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.2. RESISTENCIA (3/3) Sección variable

Tensión en el borde inclinado σm,0,d = (1 + tg2 α) Md / W σm,0,d / fm,d ≤1

Tensión en el borde inclinado σm,α,d = (1 - tg2 α) Md / W σm,α,d / (fm,α,d  )≤1

Entalladuras en los apoyos

d = 1,5 d / fv,d ≤1

d = 1,5 d / Kv fv,d ≤1

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.3. ESTABILIDAD (1/4)

Barra Flectada (My) PANDEO POR TORSIÓN

σm,d = Md / W σm,d / Kcrit fm,d ≤1

Kcrit

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.3. ESTABILIDAD (2/4)

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.3. ESTABILIDAD (3/4) Barra Comprimida (Nd) PANDEO POR FLEXIÓN

σc,0,d = Nd / A σc,0,d / Xcy fc,0,d ≤1 σc,0,d = Nd / A σc,0,d / Xcz fc,0,d ≤1

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.3. ESTABILIDAD (4/4)

Barra Comprimida (Nd) y Flectada (My y MZ) Barra Comprimida (Nd) y Flectada (My) Barra Comprimida (Nd) y Flectada (MZ)

Km = 0,7 para secciones rectangulares para otro tipo de sección consultar CTE

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.2.3. FUEGO MÉTODO DE LA SECCIÓN REDUCIDA

MADERA SIN PROTECCIÓN

La sección resistente se dimensiona para la situación extraordinaria con carga de fuego. En esta situación los coeficientes de mayoración de cargas serán para las acciones desfavorables y los coeficientes de simultaneiad ψ serán considerablemente más bajos que para la situación persistente o transitoria

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.3.1. INTRODUCCIÓN

COMBINACIÓN CARACTERÍSTICA

COMBINACIÓN FRECUENTE

COMBINACIÓN CASI PERMANENTE

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.3.2. DEFORMACIÓN (1/2)

FLECHAS Deformaciones verticales de la estructura horizontal

MADERA HORMIGÓN

CARGAS PERMANENTES valor carácterístico

Qk

SOBRECARGA DE USO valor característico

Gk

SOBRECARGA DE USO valor permanente

Ψ2 Gk FLECHA INSTANTÁNEA f1 f2 f3 FLECHA DIFERIDA f1*K f2*K f3*K

Daños elementos constructivos flecha activa = f2 + f3*k + f1*K ≤ L/500 Confort usuarios = f2 ≤ L/350 Apariencia de la obra flecha total = f1 + f1*k + f3 + f3*k ≤ L/300

ACERO CARGAS PERMANENTES

valor carácterístico Qk

SOBRECARGA DE USO valor característico

Gk

SOBRECARGA DE USO valor permanente

Ψ2 Gk FLECHA INSTANTÁNEA f1 f2 f3

Daños elementos constructivos flecha activa = f2 + f2*k ≤ L/500 Confort usuarios = f2 ≤ L/350 Apariencia de la obra flecha total = f1 ≤ L/300

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.3.2. DEFORMACIÓN (2/2)

Deformaciones horizontales de la estructura

HORMIGÓN MADERA ACERO

CARGAS PERMANENTES valor carácterístico

Qk

VIENTO valor característico

Gk

VIENTO valor permanente

Ψ2 Gk FLECHA INSTANTÁNEA f1 f2 f3

Daños elementos constructivos = f2 ≤ L/500 (H) y L/250 (h) Apariencia de la obra = f2 ≤ L/250 (h)

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD (ELU) 2.3. APTITUD AL SERVICIO (ELS)

 

2.3.3. VIBRACIÓN

La madera se comporta muy bien ante acciones dinámicas, pero pesa poco por lo que es mas susceptible de sufrir más vibraciones que un forjado convencional.

Aquí tenéis un enlace muy interesante de youtube.

http://www.youtube.com/watch?gl=ES&hl=es&v=NMSRG1a6KIA