El Reglamento CIRSOC 601 (2013)

Conferencias sobre normativa
de estructuras de madera
1
La siguiente presentación forma parte de las Conferencias sobre normativa de estructuras
de madera realizadas el lunes 1 de setiembre de 2014, en el Auditorio Pocitos de la
Universidad ORT Uruguay.
Estas conferencias, a cargo de expertos de Uruguay, Argentina, Brasil, Chile y España,
pretenden difundir el estado del arte a nivel nacional e internacional de la normativa
estructural en madera.
El evento se enmarcó dentro del proyecto “Documentos técnicos base para la
normalización de estructuras y construcciones de madera”, que es coordinado por el
LATU y viene ejecutándose en colaboración con el Instituto de Estructuras y Transporte de
la Facultad de Ingeniería UDELAR, la Facultad de Arquitectura Universidad ORT Uruguay y
el Dpto. de Proyectos Forestales del LATU.
El equipo investigador y organizador agradecen al Fondo Industrial de la Dirección
Nacional de Industrias del MIEM por los fondos para este proyecto.
Montevideo, 1 de setiembre de 2014
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
Facultad Regional Concepción del Uruguay
Proyecto:
Documentos técnicos base para la normalización
de estructuras y construcciones con madera
El Reglamento CIRSOC 601 (2013)
(en trámite de aprobación en la Sec. de Obras Públicas de la Nación)
Antecedentes en Argentina
(1980…) Primera generación de reglamentos CIRSOC
Influencia de Europa
(2000…) Nueva generación de reglamentos CIRSOC
Influencia de EEUU
Problemas generados por el cambio
Perfil de las diferencias manifestadas
(técnicas y no técnicas)
Antecedentes en Argentina
Organización y presentación de los documentos CIRSOC
diseño con distintos materiales, acciones…
reglamentos, comentarios, ejemplos
Acompañamiento de las normas IRAM
calidad de materiales, ensayos…
Antecedentes en Argentina
El caso del diseño estructural con madera y sus productos derivados
Particularidades de un círculo vicioso:
Inexistencia de reglas de diseño para estos materiales
Débil tradición en su utilización y desconexión entre los distintos
sectores participantes
Aspectos culturales negativos (aceptados como de inferior calidad)
Normativa IRAM de acompañamiento desactualizada
Débil y dispersa enseñanza en las universidades (sin orientación)
Poca información del comportamiento estructural de las especies
cultivadas en el país
Antecedentes en Argentina
El caso del diseño estructural con madera y sus productos derivados
Algunas circunstancias que aportaron una base para el cambio:
La consolidación de algunos grupos de investigación y el abordaje de
estudios considerando los modernos lineamientos internacionales a
partir de 1995…(influencia de la experiencia de la normalización común en Europa)
La conformación de la RITIM en el año 2000…
Su integración (universidades, centros tecnológicos, empresas, profesionales)
El apoyo de la GTZ
Proyectos vinculando los distintos sectores
El caso particular de las normas IRAM 9660-1/2, 9661 y 9662-1/2/3 (2006)
(la MLEE y el proceso a partir de la clasificación por resistencia de las tablas)
Desarrollo del proyecto
Reuniones preliminares convocadas por el CIRSOC
Decisiones básicas iniciales: orientación y formato
2009 Conformación del equipo redactor
Conformación de la Comisión Permanente de Estructuras
de Madera del INTI-CIRSOC
Integración (sectores y apertura), aprobación del avance
2009-2013 Redacción del Reglamento, Manual y actividades
complementarias (normas IRAM, difusión…)
Desarrollo del proyecto
Orientación adoptada para el CIRSOC 601:
NDS 2005
razones
Formato de diseño:
Primera etapa en tensiones admisibles
Segunda etapa en estados límite (futura)
razones
Adaptación del NDS 2005 a la realidad nacional
introducir solo los cambios indispensables
razones
Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005)
El NDS hasta 2001 y el LRFD de 1996. NDS a partir de 2005:
Resistencia requerida (f ) ≤ (F’) Resistencia provista
El proceso de diseño se puede desarrollar de dos formas diferentes con
algunos elementos comunes y ciertas particularidades:
ASD
f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas aplicadas (ej. D + L)
F′ = resistencia admisible ajustada a las condiciones del proyecto (obra)
LRFD
f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas factoreadas (ej. 1,2 D +1,6 L) (ASCE)
F′ = resistencia factoreada ajustada a las condiciones del proyecto (obra)
Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005)
ASD
F′ = F x CD x factores de ajuste comunes aplicables al caso (CM, CL, CP…)
F
valor de diseño de referencia del material con un coeficiente de seguridad
incorporado y para una duración de la carga igual a 10 años (denominada «normal»)
CD
factor de duración de la carga (igual a 1 para cargas de 10 años, mayor que 1
para cargas de menos de 10 años y menor que 1 para una carga permanente
factores de ajuste comunes aplicables al caso:
relacionan la condición de servicio del elemento en el proyecto (obra)
con las condiciones de referencia (humedad, inestabilidad, tamaño,…)
cuando ambas condiciones coinciden su valor es 1
Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005)
LRFD
F′ = F x KF x Φ x λ x factores de ajuste comunes aplicables al caso (CM, CL, CP…)
KF
factor de conversión de formato: elimina el coeficiente de seguridad aplicado a la
resistencia del material y la influencia de una duración de la carga igual a 10 años
Φ
factor de resistencia: varía en función del tipo de elemento (miembro/unión)
y del tipo de esfuerzo (define la seguridad conjuntamente con los factores
aplicados a las cargas )
λ
factor de efecto del tiempo: depende de la duración del escenario de cargas
factoreadas (vale 1 para un escenario de cargas de 10 minutos de duración)
factores de ajuste comunes aplicables al caso:
iguales que en el proceso ASD
Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005)
Algunas particularidades
Las particularidades no se manifiestan en el tratamiento de los efectos de las
acciones (f ) sino en el referido a la resistencia provista por el material (F’):
La consideración de un mismo valor de diseño de referencia
para las propiedades del material en ambos formatos (F)
La adopción de una condición de referencia para la duración de la carga
igual a 10 años en ASD e igual a 10 minutos en LRFD
Factores de ajuste especiales de cada formato
ASD:
LRFD:
CD
KF, Φ, λ
Factores de ajuste comunes a ambos formatos
CM, CL, CP…
El Reglamento
El Manual
El Reglamento
Organización del CIRSOC 601 (primera etapa en tensiones admisibles)
9 capítulos que proveen las reglas de diseño
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Requerimientos generales para el diseño estructural
Valores de diseño (de referencia F y ajustados F’)
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
Diseño de uniones mecánicas
Diseño de sistemas estructurales
4 suplementos que proveen los valores de diseño de referencia (F)
1
2
3
4
Valores de diseño para madera aserrada
Valores de diseño para madera laminada encolada estructural
Valores de diseño para miembros estructurales de sección circular
Valores de diseño para uniones mecánicas
El Reglamento
Breves reflexiones sobre las razones que motivaron cambios en la
organización adoptada respecto de la norma de origen (NDS 2005)
Apéndices y comentarios condensados en los capítulos (simplificación)
Cantidad de capítulos y el ordenamiento de temas (sencillez y cultura)
Capítulos consolidados total o parcialmente (razones)
Los capítulos 1, 2 y 3
aplicación general
Los capítulos 4, 5 y 6
materiales específicos
El Capítulo 8
elementos de fijación considerados
razones
modelo de cálculo (inicial de Johansen)
colaboraciones no consideradas (razones)
Decisión de consolidar el proceso gradualmente
El Reglamento
Breves reflexiones sobre las razones que motivaron cambios en la
organización adoptada respecto de la norma de origen (NDS 2005)
Particularidades derivadas de la falta de antecedentes en el país
Capítulos abiertos (razones)
El Capítulo 7
El Capítulo 9
El Reglamento
Procedimiento general adoptado por el CIRSOC 601 para el cálculo
(Se corresponde con el ASD del NDS 2005)
Resistencia requerida (f ) ≤ (F’) Resistencia provista
f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas aplicadas (ej. D + L)
F′ = F x factores de ajuste aplicables al caso
Para madera aserrada, Capítulo 4 (significado de los términos y funciones de los factores)
Tensiones y módulo de elasticidad
F’b = Fb
F’t = Ft
F’v = Fv
F’c┴ = Fc┴
F’c = Fc
E’ = E
E’0,05 = E0,05
E’mín = Emín
Factores de ajuste aplicables
x
x
x
x
x
x
x
x
CD
CD
CD
CD
CD
-
CM
CM
CM
CM
CM
CM
CM
CM
Ct
Ct
Ct
Ct
Ct
Ct
Ct
Ct
CL
-
CF
CF
-
Cr
-
CP
-
El Reglamento
Criterios para introducir cambios a las reglas de origen (NDS 2005)
(solo los indispensables, razones generales como la bibliografía de apoyo)
Modificaciones
razones
ejemplos
(dimensiones de referencia, espaciamientos en las uniones…)
Incorporaciones
razones
ejemplos
(columnas compuestas unidas con celosías y separadores, vibraciones
inducidas en pisos, mayor énfasis en el control de las deformaciones…)
Supresiones
razones
ejemplos
(columnas compuestas unidas con anillos, disminución de la capacidad
portante de elementos de fijación con espaciamiento reducido…)
El Reglamento
Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron
Cálculo de las deformaciones diferidas
Para la determinación de las deformaciones diferidas se debe aplicar la siguiente
expresión:
∆f = Kcr ∆i(LD) + ∆i(CD)
(3.2.3-1)
siendo:
Con respaldo de
resultados
experimentales
Kcr el factor de deformación dependiente del tiempo, cuyo valor es:
1,5 para vigas de madera aserrada, laminada encolada, vigas prefabricadas y
madera compuesta estructural, cargadas en estado seco y cuya condición de
servicio corresponda al estado seco, tal como se define en los capítulos
correspondientes.
2,0 para vigas de madera aserrada o madera laminada encolada estructural
cargadas en estado seco y cuya condición de servicio en obra se corresponda al
estado húmedo, tal como se define en los Capítulos 4 y 5.
2,0 para paneles estructurales utilizados en una condición de servicio
correspondiente al estado seco, tal como se define en el capítulo
correspondiente.
3,0 para vigas de madera aserrada o de sección transversal circular, cargadas en
estado verde y que secan bajo carga.
El Reglamento
Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron
Limitación de las deformaciones (dos limitaciones, razón del énfasis)
Tabla 3.2.3-1 Deformaciones admisibles recomendadas para las vigas
Destino de la
construcción
Viviendas y
oficinas
Comercio,
recreación e
institucional
Construcciones
industriales o
rurales
con bajo factor
de ocupación
Deformación instantánea
originada
por las cargas variables
Deformación final neta originada
por la totalidad de las cargas
∆i(V) ≤ l / 360 (voladizos l / 180)
∆fnet(TC) ≤ l / 300 (voladizos l / 150)
∆i(V) ≤ l / 360 (voladizos l / 180)
∆fnet(TC) ≤ l / 240 (voladizos l / 120)
-
∆fnet(TC) ≤ l / 200 (voladizos l / 100)
siendo:
l
∆i(V)
∆fnet(TC)
la luz de cálculo de la viga;
la deformación instantánea producida por las cargas variables;
la deformación final neta producida por la totalidad de las cargas.
El Reglamento
Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron
Control de las vibraciones inducidas por el tránsito humano
Considerando que la percepción de este tipo de vibraciones por parte de las personas
disminuye sensiblemente cuando f0 supera 8 Hz y muy sensiblemente cuando supera
12 Hz, en ausencia de requisitos especiales, y de no emplearse métodos más precisos
de cálculo, para entrepisos simplemente apoyados se recomienda que la frecuencia
natural de vibración sea superior a 8 Hz (ciclos / segundo), la que se puede calcular
con la siguiente expresión:
f0 =
π
2l
2
E' I
> 8 Hz
mua
(3.2.3-2)
siendo:
Con validación
experimental
en entrepisos
l
E’
I
mua
la luz de cálculo (en m).
el módulo de elasticidad ajustado (en N / m2).
el momento de inercia de la sección transversal de los miembros
resistentes existentes en una franja de entrepiso con ancho igual a 1 m
(m4 / m = m3).
la masa del entrepiso por unidad de área (kg / m2 = Ns2 / m3).
A su vez, la deformación instantánea producida por una carga concentrada de 1 kN
ubicada en el centro del vano, ∆i(1kN), no debería exceder los límites indicados en la
expresión 3.2.3-3:
∆i(1kN) ≤ 7,5 / l 1,2 mm ≤ 1,5 mm
siendo:
l
la luz de cálculo expresada en metros.
(3.2.3-3)
El Reglamento
Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron
Dudas comunes para los dos casos anteriores en relación al
nivel adecuado de detalle para el texto
P. ejemplo:
Cuándo una carga puede ser considerada de larga duración?
Qué nivel de sobrecarga es adecuado considerar para verificar las
vibraciones inducidas por el tránsito humano?
El criterio del proyectista siempre debe estar presente!
El Reglamento
Algunos aspectos problemáticos que se mantuvieron
Cálculo de la capacidad portante de las
uniones de tipo clavija (Johansen)
Dificultades del cálculo:
Solución a través de las tablas del
manual (o simples programas)
Aspectos ligados a la seguridad:
Colaboraciones que se desprecian (E-5)
Tranquilidad frente a la falta de investigaciones
completas sobre la resistencia al aplastamiento
las especies cultivadas en el país (ejemplos)
El Reglamento
Algunos aspectos problemáticos que se mantuvieron
Cálculo del factor de estabilidad lateral de la viga (CL)
Cálculo del factor de estabilidad del miembro comprimido (CP)
Dificultades del cálculo
(solución a través de las tablas del manual o simples programas)
El Reglamento
Los suplementos, organización y contenido
Algunas reflexiones acerca de los suplementos
Su importancia para la aplicación de las reglas de diseño
Los criterios de análisis estadístico y de ensayos mecánicos
(sistemas equivalentes internacionalmente, criterio europeo…)
La coherencia entre los valores obtenidos y las reglas de diseño
(posibilidad de lograrla empleando ensayos y reglas de distinto origen)
El esfuerzo a realizar y la adopción de una estrategia adecuada
(propiedades fundamentales, coordinación nacional…)
La oportunidad que significa para el sector científico-tecnológico
Frecuencia prevista para su actualización (su importancia)
El Reglamento
Organización y contenido de los suplementos
Suplemento 1 Valores de diseño de referencia para madera aserrada
Valores basados en propiedades determinadas empíricamente para clases
resistentes de combinaciones especie (grupo de especies) / procedencia
cultivadas en el país (Pinus taeda/elliottii del noreste, Araucaria angustifolia
de Misiones, Eucalyptus grandis de la Mesopotamia)
Actualmente en trámite de inclusión el Populus deltoides ‘Australiano 129/60’ /
‘Stoneville 67’ del delta del Paraná.
Normas IRAM que respaldan los métodos de clasificación y proveen los
valores característicos de las propiedades fundamentales (las restantes se
derivan siguiendo el criterio europeo salvo que existan determinaciones)
Apéndices del Suplemento que proveen el método de clasificación por
resistencia cuando el mismo no está normado por IRAM
Conversión de los valores característicos a los de diseño considerando las
condiciones de referencia adoptadas en las reglas
El Reglamento
Organización y contenido de los suplementos
Suplemento 2 Valores de diseño de referencia para madera laminada encolada estructural
Requisito: inclusión previa en la norma IRAM 9660-1
(razones)
Tabla S.2.1.1-1. Valores de diseño de referencia para madera laminada encolada
estructural para las especies incluidas en la norma IRAM 9660-1 (2006) (N/mm2)
Especie
(1)
Pino taeda y elliotti
(2)
Pino Paraná
Eucalipto grandis
(3)
Grado de
resistencia
Fb
Ft
Fv
Fc┴
Fc
Frt
E
E0,05
Emín
1
2
1
2
1
2
6,3
4,1
7,5
6,3
7,5
6,6
3,5
2,3
4,1
3,5
4,1
3,7
0,7
0,4
0,8
0,7
0,8
0,8
0,9
0,8
1,0
0,9
1,8
1,7
6,3
4,1
7,5
6,3
7,5
6,6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
11200
6700
13400
11600
13400
11600
7500
4500
9000
7800
9000
7800
4700
2800
5700
4900
5700
4900
(1) Pinus taeda y elliottii cultivado en las provincias de Misiones y Corrientes, (2) Araucaria angustifolia cultivado
en la provincia de Misiones, (3) Eucalyptus grandis cultivado en las provincias de Entre Ríos, Corrientes y
Misiones.
El Reglamento
Organización y contenido de los suplementos
Suplemento 3
Postes de Eucalyptus grandis ensayados en voladizo (estado verde, razones)
La carencia de datos de postes de otras especies
La carencia de datos de secciones de menor tamaño y en estado seco
Suplemento 4
Valores de la tensión de aplastamiento en función de la densidad,
según el criterio del NDS (2005)
Su comparación con los resultados obtenidos empíricamente para
algunas especies cultivadas en el país (ejemplos, preocupaciones y soluciones)
El proceso (y las dificultades) de comprobar la tensión de aplastamiento para
todas las especies cultivadas
Acciones complementarias
Interrelaciones y consensos imprescindibles para su afianzamiento
Obras y
fabricación de
materiales
(Desarrollo
productivo)
Propiedades de
los materiales y
confiabilidad del
diseño
(Investigación y
desarrollo)
Transmisión de
conocimientos
Reglas de
diseño y
valores de las
propiedades del
material
(Docencia)
Proyectos y
dirección de
obras
(Ejercicio
profesional)
Acciones complementarias
Necesidad de contar con comentarios, bibliografía, de apoyo, etc.
Manual (2013) orientado a proyectistas, profesores y estudiantes
Necesidad de contar con un cuerpo normativo nacional para
determinar las propiedades y efectuar los análisis estadísticos
Normas IRAM 9663 y 9664 (2013)
Actividades de difusión (congresos…)
Acciones complementarias
Manual de aplicación
Contenido inicial (razones)
M.E
Ejemplos resueltos y comentados
M.4.E
Miembros estructurales de madera aserrada
M.5.E
Miembros de madera laminada encolada estructural
M.8.E
Uniones mecánicas
M.T
Tablas auxiliares para el cálculo
M.4.T
Miembros estructurales de madera aserrada (CL, CP)
M.5.T
Miembros de madera laminada encolada estructural (CL, CP)
M.8.T
Uniones mecánicas (Cg, Z)
Enfoque (razones)
Acciones complementarias
Desarrollo de un cuerpo normativo nacional de acompañamiento
IRAM 9663 (2013)
Antecedentes nacionales en IRAM
Basada en la EN 408
Ensayos en tamaño estructural incluidos en esta etapa
Razones de su orientación y contenido inicial
Destinatarios fundamentales
IRAM 9664 (2013)
Basada en la EN 384
Razones de su orientación
Para asegurar la coherencia entre los valores característicos de las
propiedades y los valores de diseño de referencia (Suplementos):
Intervención de la Comisión Permanente para modificar los suplementos
(previsto semestralmente para agilizar y estimular los aportes)
Gracias
por su atención
Facultad de Arquitectura
Universidad ORT Uruguay