1. 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 2. 2009, María Castaño Cerezo CRITERIOS DE CÁLCULO 2.1. Introducción 2.2. Estados Límites últimos (ELU) 2.2.1. Resistencia. Fuego 2.2.2. Estabilidad 2.3. Estados Límites de 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. APUNTES DE ESTRUCTURAS DE MADERA 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) ESTRUCTURAS MIXTAS DE HORMIGÓN Y MADERA 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.1. EL AGUA EN LA MADERA (1/4) Agua de constitución: forma parte de la madera y su eliminación supone la destrucción del material Agua de impregnación: Es el agua que está contenida en las paredes celulares. Tiene gran influencia sobre las propiedades físico-químicas y en su durabilidad. Cuando las paredes celulares se encuentran saturadas de agua, se ha alcanzado el punto de saturación de las fibras, en las coniferas 28-30%; este agua es la que se mantiene en equilibrio con el ambiente (higroscopicidad). El “agua de impregnación” se elimina por desecación en estufa 103±2ºC. Agua libre: es aquella que se encuentra por encima del punto de saturación de las células no influye en las propiedades de la madera aunque sí en su densidad. 1.2.1.1. Contenido de humedad en la madera Cantidad de agua que contiene la madera expresada en porcentaje con su peso anhidro. Ph: peso húmedo de la probeta Ps: peso seco de la probeta (obtenido por desecación en estufa 103±2ºC) Madera recien cortada 50-110% Madera secada al ambiente 16-18% 1.2.1.2. Higroscopicidad La madera es un material higroscópico, tiende a absorber o perder agua en función de la H.R. y temperatura ambientales. Este valor se mide como la variación de la densidad de la madera cuando su contenido de humedad varía en un 1%. La madera tendrá que tener un contenido de humedad lo mas parecido a la humedad de equilibrio higroscópico correspondiente a las condiciones ambientales a la que va a ser expuesta. El contenido de humedad de la madera se obtiene en secaderos por lo que las condiciones de transporte han de ser óptimas para que la madera llegue a obra con el contenido de humedad predefinido. El contenido de humedad de equilibrio higroscópico de la madera se establece por convenio en el 12%, es decir para unas condiciones de 20±2ºC y 65±5% HR, los ensayos mecánicos de las maderas se realizan por norma bajo estas condiciones. 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.1. EL AGUA EN LA MADERA (2/4) 1.2.1.3. Durabilidad El CTE establece como requisito la duración miníma de la estructura de un edificio durante un tiempo determinado (CTE-SE). A falta de indicaciones específicas, como periodo de servicio se adoptará 50 años. La durabilidad natural en una madera se define como la capacidad que tiene para resistir el ataque de un agente xilófago (ser vivo que se nutre de la madera) sin haber recibido ningún tratamiento químico. Varía de una especie a otra y también de una parte a otra de la misma (albura, duramen). La impregnabilidad de una madera se mide como la capacidad de producto que es capaz de absorber y la profundidad que alcanza. La tabla siguiente recoge la durabilidad de la madera teniendo en cuenta sólo la aplicación de protecciones químicas en función de la clase de riesgo (agentes bióticos y abióticos) a la que la estructura va a estar expuesta. CR1 CR2 CR3 El elemento estructural está bajo cubierta, protegido de la intemperie y no expuesto a la humedad. El elemento estructural está bajo cubierta y protegido de la intemperie y expuesto a la humedad. El elemento estructural se encuentra al descubierto con protecciones. SIN CONTACTO CON EL SUELO SIN CONTACTO CON EL SUELO HR madera nunca > 20%. HR madera casi nunca > 20%. CR3 CR4 CR5 El elemento estructural se encuentra al descubierto sin protecciones El elemento estructural está en contacto con agua dulce. El elemento estructural está permanentemente en contacto con agua salada. SIN CONTACTO CON EL SUELO SIN CONTACTO CON EL SUELO CON CONTACTO CON EL SUELO CONTACTO CON EL SUELO HR madera -frecuente > 20%. HR madera +frecuente > 20%. HR madera permanente >20% HR madera permanente >20% Agua dulce Agua salada HONGOS HONGOS HONGOS HONGOS COLEÓPTEROS COLEÓPTEROS COLEÓPTEROS COLEÓPTEROS COLEÓPTEROS TERMITAS TERMITAS TERMITAS TERMITAS TERMITAS XILOFAGOS MARINOS SUPERFICIAL MEDIA A:CTE B:Recomendable SUPERFICIAL MEDIA MEDIA PROFUNDA PROFUNDA MEDIA MEDIA PROFUNDA PROFUNDA PROFUNDA MEDIA MEDIA PROFUNDA PROFUNDA PROFUNDA C:Rehabilitación 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.1. EL AGUA EN LA MADERA (3/4) 1.2.1.4. Cambios volumétricos La variación del contenido de humedad (agua de impregnación) produce en la madera una variación de sus dimensiones, se hincha o se contrae. La diferencia entre la contracción radial y la tangencial es la causa por la cual las se deforman las maderas durante el proceso de secado, si deformaciones serán menores. Coeficiente de contracción volumétrica De la misma manera podemos hallar los coeficientes de contracción radial tangencial y longitudinal . Por ejemplo: Para el pino silvestre los valores que tenemos aproximadamente son los siguientes: La contracción de la madera puede tener repercusiones estructurales, se pueden originar tensiones o desajustes y holguras en los elementos de unión, y también pueden aparecer fendas de secado • La madera se debe colocar en obra con un contenido de humedad lo mas próximo posible a la humedad de equilibrio higroscópico de su situación en servicio. • Existen sin embargo variaciones estacionales inevitables que producen variaciones dimensionales despreciables longitudinalmente pero considerables en la dirección transversal. Si los herrajes de unión se disponen de manera que impidan el libre movimiento de la madera y las dimensiones transversales de la pieza son de cierta entidad (80, 100 cm) se originarán fendas cuando la madera pierda humedad • En general, en piezas de canto superior a 80 cm, no deben utilizarse empalmes ni nudos rígidos realizados con placas de acero que coarten el movimiento de la madera • Las soluciones con placas de acero y pernos quedan limitadas a situaciones en las que se esperan pequeños cambios de las condiciones higrotérmicas del ambiente y el canto de los elementos estructurales no supera los 80 cm. Igualmente acontece en uniones de tipo corona en los nudos de unión de pilar/dintel en pórticos de madera laminada. 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.1. EL AGUA EN LA MADERA (4/4) 1.2.1.5. Resistencia Los ensayos con probetas de madera se realizan con una humedad de equilibrio higroscópico del 12%, a mayor humedad las resistencias características decrecen, al llegar al punto de saturación de la madera (≈30%) la resistencia baja hasta un 60% a partir de ahí la madera ya está saturada y su resistencia permanece constante. 1.2.2. DURACION DE LA CARGA Los ensayos de resistencia mas comunes se hacen aplicándole a la probeta del material estructural cargas de corta duración, de esa manera se obtienen las resistencias características del material. Sin embargo si solicitamos una probeta de madera a lo largo de 50 años por una misma carga su la resistencia de la madera disminuye hasta quedarse en un 60%. Por lo tanto la resistencia de la madera no será igual para cargas de larga o corta duración, se ha de penalizar la resistencia característica (Xk) para cargas de mayor duración. Clases de duración de las acciones PERMANENTE >10 años LARGA 6 meses10 años MEDIA 1 semana6 meses CORTA <1 semana INSTANTÁNEA CS1: CS2: CS3: HM<12% interior de edificio HM 12-20% interior de edificio con piscina pérgolas con cubierta protectora HM>20% estructuras al aire segundos P.P. estructura P.P. elementos constructivos Apeos Estructuras provisionales no itinerantes Sobrecarga uso Nieve en localidades de > 1000 m Viento Nieve en localidades de < 1000 m Sismo Nieve en algunos casos Esta propiedad proporciona gran eficiencia frente al viento o al sismo y no equivale a la fatiga por ciclos repetitivos de carga, frente a los que la madera se comporta igualmente bien. En ausencia de factores de degradación, la edad de la madera NO influye en la resistencia. 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.2. Kmod El aumento de la duración de la carga y/o de la humedad de la madera van a ser factores que minoren su capacidad resistente Las resistencias se obtienen en los ensayos en unas conciones de probeta ideales (3-7 minutos de carga, 12% de humedad). Si la humedad de la madera o la duración de la carga es mayor que en las condiciones del ensayo las características resistentes se tendrá que minorar por el factor Kmod Kmod Xk Xkmod = Kmod * Xk 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.3. CALIDAD DE LA MADERA (Xk) 1.2.3.1. Calidad de la madera DEFECTOS Cuando utilizamos un material estructural necesitamos para su dimensionado sus resistencias características (XK). Las resistencias características de los materiales estructurales las obtenemos ensayando probetas de los mismos en el laboratorio. Con la madera se utilizan probetas sin imperfecciónes y de esa manera obtenemos las resistencias características de una especie concreta de madera libre de defectos. La madera estructural que utilizamos en obra tiene defectos, son piezas de grandes escuadrías y es difícil evitar los nudos, las desviaciones de las fibras, etc, así que los resultados que obtenemos en el laboratorio no los podemos utilizar directamente en el cálculo de nuestra estructura. UNE 56544.2003. Clasificación visual de la madera para uso estructural. (Coniferas) Investigaciones recientes (Esteban2003) parecen atestiguar que los dos criterios con mayor relevancia en la clasificación visual de la madera de escuadrías medias y grandes son el de nudos y el de desviación de fibra, encontrándose correlaciones aceptables entre la clasificcación detallada y la realizada atendiendo también sólo a dichos factores. La Clase resistente de es una referencia que tenemos sobre una madera estructural para saber sus resistencias características XK 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.3. CALIDAD DE LA MADERA (Xk) 1.2.3.2. Clases Resistentes La clase resistente es la referencia que tenemos de una madera estructural para saber su resistencia característica (Xk), el módulo de deformación (E) o la densidad (ρ). Madera Aserrada Madera Laminada 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.2.4. TAMAÑO DE LA PIEZA (Kh y Kv) 1.2.6. PESO ESPECÍFICO Existe una relación entre la resistencia de la madera y el canto (Kh) y volumen(Kv) de la pieza, de tal forma que cuanto mayor sea el tamaño menor será su tensión de rotura. Factor de corrección Kh del canto de la sección en madera aserrada. M. Coniferas M. Frondosas Hormigón Hormigón Armado Acero 400k/m3 (H madera 12%) 700 k/m3 (H madera 12%) 2000 kp/m3 2500 kp/m3 7850kp/m3. En línea continua el valor considerado en cálculo frente a la línea de trazos que representa la ecuación. MADERA ASERRADA h≥150 mm h≤150 mm MADERA LAMINADA Kh=1 Kh= h≥600 mm ≤1,3 h≤600 mm Kh=1 Kh= ≤1,1 La resistencia característica Xk está referida a piezas de madera aserrada con canto superior a 15 cm y piezas de madera laminada con canto superior a 60 cm. En esta asignatura no lvamos a tener en cuenta el coeficiente Kh ya que no va a influenciar en el coste de la obra pero en rehabilitación sería combeniente tenerlo en cuenta para peritar la estructura y de esa manera nos salgan unos valores mas acordes a la normativa vigente (Ej. viguetas de madera en forjados). De la misma manera tampoco vamos a tener en cuenta el factor de corrección de volumen Kv. 1.2.7. TEMPERATURA El efecto de la temperatura en la resistencia de la madera es muy reducido. A temperaturas entre 0-50ºC la resistencia es constante, para temperaturas inferiores aumenta y para temperaturas superiores disminuye. MATERIAL HORMIGÓN ACERO ALUMINIO MADERA Coef dilatación longitudinal -6 10*10 -6 12*10 -6 24*10 -6 5*10 Coef dilatación transversal 50*10 -6 1.2.5. CARGA COMPARTIDA (Ksys) La resistencia de cálculo aumenta un 10% cuando se trata de sistemas estruturales de carga compartida. Piezas iguales y separadas a una misma distancia, que se encuentran transversalmente unidas por otra estructura secundaria que además de arriostrarla distribuye la carga (forjados, pares y cerchas de cubiertas, etc). El factor Ksys no lo vamos a tener en cuenta de la misma manera que en el apartado anterior. En las piezas estructurales de madera no es necesario considerar los efectos de las dilataciones térmicas (EUROCÓDIGO) 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.3.1. INTRODUCCIÓN Mecánica de los medios continuos Elasticidad materiales isótropos y homogéneos. Elasticidad materiales ortotropos (tres planos de simetría elástica) Elasticidad material viscoelástico Mecanica de la fractura 1.3.1. TENSIONES NORMALES Y TANGENCIALES Tensiones Normales Distribución de tensiones normales en una sección con un momento flector Tensiones Tangenciales 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE 1.3.2. COMPARACIÓN CON OTROS MATERIALES Madera (C27) Hormigón (HA-25) Acero (S275) Flexión N/mm2 27 25 275 Tracción N/mm2 paralela perpendicular 16 0,6 ≈0 275 Compresión N/mm2 paralela perpendicular 22 2,6 25 275 Cortante N/mm2 2,8 ≈0 200 Módulo de elasticidad KN/mm2 12 20 210 Sin imperfecciones 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE MADERA MACIZA. Aquí se incluye la madera aserrada y de rollizo. Madera aserrada: pieza de madera maciza obtenida por el aserrado del árbol generalmente con caras paralelas entre sí y cantos perpendiculares. DIMENSIONES ESCUADRÍA (L= 4-6 m) GROSOR (MM) ANCHO (MM) CHAPA <7 VARIABLE LISTÓN 10-40 10-40 TABLILLA 10-30 50-90 TABLA 20-45 100-240 TABLÓN 50-100 100-300 VIGA 150-400 150-400 Medidas más demandadas en los aserraderos españoles. 2005 Coníferas procedentes de España y Norte y Centro de Europa. Se emplea como entramado ligero en la construcción de viviendas (hasta 7 plantas, problemas acústica e incendio), armaduras de cubierta, forjados de piso, rehabilitación con uniones clásicas. MADERA LAMINADA ENCOLADA Elemento estructural formado por tablas de madera maciza, encoladas en varias caras superpuestas hasta conseguir la altura (canto mecánico) en cada sección transversal del elemento estructural proyectado. Se consiguen cantos importantes y en taller se puede dar curvatura a la madera para poder adaptarse al proyecto. La curvatura mínima a emplear es en función del espesor de las láminas la relación ri/g≥125 tablas de 45 mm = 8.500 mm radio mínimo ri/g=188 tablas de 33 mm = 6.000 mm radio mínimo ri/g=181 Se emplean para grandes luces y edificios públicos. MADERA MICROLAMINADA No hay tablas de clases resistentes en el CTE. Elemento estructural formado por chapas de madera de pequeño espesor (3-5 mm) encolada en la misma dirección que la fibra Kerto 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE TABLERO ESTRUCTURAL Pieza en la que predominan la longitud y la anchura sobre el espesor, y en la que el elemento constitutivo principal es la madera. Tablero contrachapado:formado por capas de chapas de madera encoladas de modo que las direcciones de las fibras de dos capas consecutivas formen un cierto ángulo normalmente de 90º. Los valores característicos deben ser aportados por el fabricante de acuerdo normativa. Uso portante y de arriostramiento en elementos superficiales: muros, forjados y cubiertas. Espesor: 8-40 mm ancho: 1,25-1,85 m largo: 2,2-3,05 m Tablero de fibras: formado por fibras lignocelulósicas mediante la aplicación de calor y/o presión. La cohesión se consigue por las propiedades adhesivas intrínsecas de las fibras o por la adición de un adhesivo natural o sintético. Uso arriostramiento y como alma en viguetas prefabricadas. Espesor: 3,2-8 mm ancho: 1,25 m largo: 2,5 m Tablero de partículas (aglomerado): formado por partículas de madera o de otro material leñoso, mediante la aplicación de calor y presión. La cohesión se consigue mediante un adhesivo. Uso se emplea sobre todo para carpintería y su uso estructural queda para base de cubiertas y algunos cerramientos Tablero de virutas (no está recogido en el CT pero es probable que en la próxima revisión se recoja) formado por virutas de madera mediante la aplicación de calor y presión. La cohesión se consigue mediante un adhesivo. Uso portante y de arriostramiento en elementos superficiales: muros, forjados y cubiertas. Espesor: 6-30 mm ancho: 1<2,5 m largo: 2,5 m ADHESIVOS 1.1 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA 1.2. PROPIEDADES FÍSICAS 1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS 1.4. MATERIALES CTE Resinas melamina: menos emisión de residuos tóxicos, color traslúcido, responden bien pero menos estudiadas.
![6.Ejercicos de AGUA SUELO[1]](http://s2.studylib.es/store/data/009479512_1-883aa2ea7e61d51fc7e3a0eb9f391028-300x300.png)
