5.2 Diseño en Madera
Este capítulo tiene como finalidad entregar al profesional en obra, herramientas para el diseño de piezas de madera simples, pero comunes a diversos tipos de proyectos de edificación.
Las recomendaciones indicadas se entregan sólo a modo de orientación, debiendo ser chequeadas por un especialista, de acuerdo con las condiciones del proyecto; por otra parte, se han utilizado como base las condiciones establecidas en la NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014).
TEMAS TRATADOS:
5.2.1. Definiciones
5.2.2. Procedimiento para determinar las tensiones de diseño
5.2.3. Ejemplos de diseño
5.2.4. Tensiones de diseño para piezas de uso corriente en obra
5.2.5. Cargas máximas de trabajo recomendadas para piezas de uso corriente en obra
5.2.6. Uniones
5.2.7. Tablas
5.2.1 DEFINICIONES
A continuación, en Tabla 5.4, se presenta las definiciones básicas para cualquier proceso de diseño estructural en madera.
TABLA 5.4
DEFINICIONES BÁSICAS ASOCIADAS AL DISEÑO ESTRUCTURAL
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
5.2.2 PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LAS TENSIONES DE DISEÑO
FACTORES A CONSIDERAR
A – Procedimiento
B – Determinación de los factores de modificación
A – PROCEDIMIENTO
En Figura 5.1 se presenta un esquema simplificado del cálculo de tensiones de diseño.
FIGURA 5.1.
PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADO DE CÁLCULO DE TENSIONES DE DISEÑO
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
B – DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE MODIFICACIÓN
B1) Para piezas estructurales de madera aserrada, los 2 grupos de factores de modificación principales, de aplicación general y particular, son:
TABLA 5.5
DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE MODIFICACIÓN
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
B2) Para piezas estructurales de madera de sección transversal circular, los de uso práctico para este manual son:
TABLA 5.6
FACTORES DE MODIFICACIÓN PARA ELEMENTOS DE SECCIÓN CIRCULAR
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
A continuación, en Figura 5.2, se presenta un gráfico que presenta la evolución del factor de modificación Kd por duración de la carga, respecto al tiempo.
FIGURA 5.2
EVOLUCIÓN DEL FACTOR DE MODIFICACIÓN POR DURACIÓN DE LA CARGA EN EL TIEMPO
Fuente: NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
5.2.3 EJEMPLOS DE DISEÑO
1 Calcular las tensiones de diseño de una pieza de madera aserrada de Pino Radiata de acuerdo con las siguientes características:
Humedad : 18%
Espesor pieza : 50 mm
Grado supuesto : G2
Duración de la carga : 14 días
Con los antecedentes dados, y aplicando la metodología para el cálculo de tensiones admisibles del ítem 6.2 de la NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014), se obtienen los valores de tensiones admisibles en Flexión, Cizalle y el módulo de elasticidad; además de los factores de modificación establecidos en el ítem 7 de la misma Norma, en función de establecer las tensiones de diseño de los 2 casos presentados a continuación.
TABLA 5.7
DESARROLLO DEL EJEMPLO 1
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
2 Calcular las tensiones de diseño para una pieza de Pino Radiata, en estado verde, de sección transversal circular. Duración de la carga: 1 mes.
TABLA 5.8
DESARROLLO DEL EJEMPLO 2
Fuente: Propia en base a NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
5.2.4. TENSIONES DE DISEÑO PARA PIEZAS DE USO CORRIENTE EN OBRA
Las siguientes tensiones de diseño se han obtenido a partir de la metodología establecida en detalle en la NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014) de acuerdo con las características de humedad, grado y tipo de madera.
Se entregan tensiones de diseño para piezas de Pino Radiata, en los estados verde (H ³ 20%) y seco (H = 12%).
Para el Pino Radiata se consideró grado estructural G2 (Ver notas de Tabla número 5.15 del presente capítulo).
TABLA 5.9
TENSIONES DE DISEÑO EN KGF/CM2
Fuente: NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
5.2.5. CARGAS MÁXIMAS DE TRABAJO RECOMENDADAS PARA PIEZAS DE USO CORRIENTE EN OBRA
Las cargas de trabajo recomendadas se entregan a modo de orientación, debiendo ser chequeadas por un especialista.
Estos valores responden a procesos de cálculo estático a partir de escuadría, luz y los períodos de tiempos indicados, además de apoyos simples. El valor de “q” está asociado a una carga distribuida y el de “p” a carga puntual según corresponda para entablados, pilares o vigas. Todos los casos han sido desarrollados en función de una condición de apoyo simplemente apoyados.
FACTORES A CONSIDERAR
A) Entablados Pino Radiata aserrado
A.1 Estado Verde (H ≥ 20%)
A.2 Estado Seco (H = 12%)
B) Vigas Pino Radiata aserrado
B.1 Estado Verde (H ≥ 20%)
B.2 Estado Seco (H = 12%)
C) Pilares Pino Radiata aserrado
TABLA 5.10
CARGAS MÁXIMAS DE TRABAJO PARA EL ENTABLADO DE PINO RADIATA ASERRADO
Fuente: NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
TABLA 5.11
CARGAS MÁXIMAS DE TRABAJO PARA VIGAS DE PINO RADIATA ASERRADO
Fuente: NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
TABLA 5.12
CARGAS MÁXIMAS DE TRABAJO PARA PILARES DE PINO RADIATA ASERRADO
Fuente: NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014)
5.2.6 UNIONES
Debido a que el presente manual se orienta a proyectos de pequeña escala, se detallarán las uniones en base a clavos –que son justamente las más utilizadas en esta tipología constructiva– y que han sido fabricados conforme a la NCh1269.Of90.
Además, es importante considerar que se permite el uso de uniones con clavos especiales (diferentes a los tipos especificados en NCh1269.Of90) si la aptitud y resistencia de éstas se puede comprobar por medio de un certificado de ensayo emitido por una institución oficial de ensayo de resistencia de materiales.
Todo lo presentado a continuación, se fundamenta en el capítulo 10 de la NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014).
TABLA 5.13
TIPOS DE SOLICITACIONES EN UNIONES DE MADERA
Fuente: Propia en base a Normas chilenas indicadas
Respecto a lo anterior, se presentan las fórmulas asociadas a cada tipo de solicitación tal como lo indica la NCh indicada.
TABLA 5.14
CARGA ADMISIBLE DE EXTRACCIÓN LATERAL
Fuente: Propia en base a Normas chilenas indicadas
OBSERVACIONES:
A) Las tensiones admisibles deben afectarse por los FM de duración de la carga (referencia punto 5.2.2 del presente manual).
B) Las relaciones anteriores son válidas siempre que el menor espesor de los elementos que se unen sea mayor a 7 veces el diámetro del clavo, en uniones de clavado directo (sin perforación guía).
C) Las cargas admisibles son para madera seca que se mantendrá seca (después de construida). Para madera verde o semiseca durante la construcción y para madera seca durante construcción, la cual en su período de servicio incrementa su contenido de humedad a semiseca o verde, se debe aplicar un factor de modificación de 0,75 sobre las cargas admisibles.
D) En general, se exige la presencia de, al menos, cuatro clavos en cada uno de los planos de cizalle que se presenten en la unión de dos o más piezas de madera.
EJEMPLOS DE DISEÑO
Ejemplo 1:
Calcular la capacidad de carga que tiene la unión clavada de la figura, sabiendo que la carga P actuará por 1 mes. Se usará Pino Radiata verde aserrado.
p = 370 kg/m3 (ver Tabla número 5.23 del presente capítulo)
FIGURA 5.3
CARGA ADMISIBLE DE EXTRACCIÓN LATERAL
Fuente: De los autores
DESARROLLO DEL EJEMPLO:
A) Carga admisible por clavo:
Cizalle simple = Pcl, ad = 3,5 x D1,5 x r
= 3,5 x (3,9)1,5 x (370)0,5 = 519 N = 51,9 kgf
Cizalle doble = Pclm, ad = (m-0,25) x Pcl, ad = (2 – 0,25) x 51,9 kgf = 90,8 kgf
B) Factores de modificación:
Por duración de la carga = 1,18
Por estado de madera (verde) = 0,75
C) Carga de diseño por clavo:
90,8 x 1,18 x 0,75 = 80 kgf
D) Capacidad de carga de la unión:
80 kgf/clavo x 6 clavos = 480 kgf
5.2.7 TABLAS
A continuación, se presenta un conjunto de tablas que provienen desde la Norma chilena principalmente utilizada en el presente capítulo de madera, la NCh1198.Of91 (reemplazada en 2014).
TABLA 5.15
TENSIONES ADMISIBLES Y MÓDULO DE ELASTICIDAD EN FLEXIÓN PARA PINO RADIATA SECO (H = 12%) ASERRADO
(*) Definido en NCh1207.Of90 (reemplazada en 2017).
Depende de los defectos de la pieza donde:
GRADO: GS: Para piezas de gran capacidad resistente.
G1: Para piezas usadas en tipologías constructivas normales.
G2: Para piezas de baja capacidad resistente.
NOTA: Para efectos prácticos de diseño, se recomienda el uso del grado G2.
TABLA 5.16
TENSIONES ADMISIBLES Y MÓDULO DE ELASTICIDAD PARA PIEZAS ESTRUCTURALES DE MADERA DE SECCIÓN TRANSVERSAL CIRCULAR, USADAS EN SU FORMA NATURAL. ESTADO VERDE
TABLA 5.17
FACTOR DE MODIFICACIÓN POR USO EN ESTADO SECO (KS)
TABLA 5.18
VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES RESISTENTES PARA UNA VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD IGUAL A 1%
TABLA 5.19
DENSIDAD ANHÍDRIDA DE ALGUNAS ESPECIES
TABLA 5.20
ESPESORES Y ANCHOS NOMINALES PARA MADERA ASERRADA Y MADERA CEPILLADA CON 12% DE CONTENIDO DE HUMEDAD.
TABLA 5.21
TABLA DE EQUIVALENCIA ENTRE DIMENSIONES NOMINALES Y DENOMINACIÓN COMERCIAL.