17 estructuras de madera
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17 estructuras de madera 17 estructuras de madera Document Transcript

  • COMITÉ EJECUTIVO DEL CODIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN (Creado Mediante el Decreto Ejecutivo Nº 3970 15 de Julio 1996) NORMA ECUATORIANA DE CONSTRUCCIÓN NEC-10 PARTE 7 ESTRUCTURAS DE MADERA NEC-10 SUBCOMITÉ 7 PARTE 7-1
  • Estructuras de madera ÍNDICE CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................................4 1. GENERALIDADES............................................................................................................................4 1.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................4 1.1.1 EL RECURSO FORESTAL .........................................................................................................4 1.1.2 RECURSO RENOVABLE ..........................................................................................................4 1.1.3 MANEJO FORESTAL SUSTENTABLE .......................................................................................5 1.2. LA MADERA: PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS ..............................................................5 1.3. OBJETIVO ..............................................................................................................................5 1.4. ALCANCE DEL CÓDIGO ..........................................................................................................5 1.5. DE LAS CONDICIONES DE USO DE LA MADERA ...................................................................5 1.6 DEFINICIONES DE LOS PRINCIPALES TÉRMINOS ......................................................................6 CAPÍTULO 2 .....................................................................................................................................12 2. DISEÑO ARQUITECTÓNICO ..........................................................................................................12 2.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO .......................................................................................12 2.2 PROTECCIÓN POR DISEÑO .............................................................................................13 2.3 MANTENIMIENTO.................................................................................................................17 2.4 OTRAS CONSIDERACIONES ................................................................................................... 17 2.5 IMPERMEABILIZANTE DE CIMENTACIÓN ..............................................................................18 CAPÍTULO 3 .....................................................................................................................................19 3. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL ...............................................19 3.1 LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN ..............................................................19 3.3. ESFUERZOS ADMISIBLES ......................................................................................................20 3.4. MÓDULO DE ELASTICIDAD O MÓDULO DE YOUNG ..........................................................20 CAPÍTULO 4 .....................................................................................................................................21 4. DISEÑO EN FLEXIÓN: VIGAS Y VIGUETAS .....................................................................................21 4.1 DISEÑO .................................................................................................................................21 4.2 DEFORMACIONES DIFERIDAS ...............................................................................................23 4.3 REQUISITOS DE RESISTENCIA ................................................................................................ 23 4.4 ESTABILIDAD LATERAL ..........................................................................................................25 CAPÍTULO 5 .....................................................................................................................................26 5. ELEMENTOS A COMPRESIÓN: COLUMNAS .................................................................................26 5.1 DISEÑO .................................................................................................................................26 5.2 ESBELTEZ ..............................................................................................................................27 5.3 CLASIFICACIÓN DE LAS COLUMNAS ......................................................................................28 5.4 ESFUERZOS ADMISIBLES .......................................................................................................28 5.5 MÓDULO DE ELASTICIDAD ................................................................................................... 28 5.6 ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXOCOMPRESIÓN ..................................................................30 5.7 ELEMENTOS SOMETIDOS FLEXOTRACCIÓN ...........................................................................31 CAPÍTULO 6 .....................................................................................................................................31 6. MUROS DE CORTE .......................................................................................................................31 6.1 REQUISITOS DE RESISTENCIA Y RIGIDEZ ..............................................................................43 6.2 VERIFICACIÓN DE LA CAPACIDAD DE MUROS PARA CARGA LATERAL .................................43 CAPÍTULO 7 .....................................................................................................................................46 7. CONSIDERACIONES DE DISEÑO SÍSMICO .....................................................................................46 7.1 Generalidades ......................................................................................................................46 7.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ............................................................................................46 CAPÍTULO 8 .....................................................................................................................................47 8. ARMADURAS ...............................................................................................................................47 NEC-10 PARTE 7-2
  • Estructuras de madera 8.1. CÁLCULO .............................................................................................................................47 8.2. CONFIGUARACIÓN DE LOS ELEMENTOS .............................................................................48 8.3. TIPOS DE UNIONES .............................................................................................................48 8.4. CARGAS...............................................................................................................................48 8.5. DEFLEXIONES ......................................................................................................................48 8.6. CRITERIOS DE DISEÑO .......................................................................................................51 8.7. HIPÓTESIS USUALES ..........................................................................................................51 8.8. LONGITUD EFECTIVA .........................................................................................................51 8.9. ESBELTEZ ...........................................................................................................................53 8.10. CUERDAS CON CARGA EN EL TRAMO ...............................................................................54 8.11. ESTABILIDAD Y ARRIOSTRAMIENTO..................................................................................54 CAPÍTULO 9 .....................................................................................................................................58 9. UNIONES .....................................................................................................................................58 9.1 Antecedentes ......................................................................................................................58 ANEXO 1 ..........................................................................................................................................59 SECADO DE LA MADERA ..................................................................................................................59 ANEXO 2 ..........................................................................................................................................62 PRESERVACIÓN DE LA MADERA ......................................................................................................62 ANEXO 3 ..........................................................................................................................................67 CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO DE LA MADERA EN VARIAS LOCALIDADES DEL ECUADOR ........................................................................................................................................67 ANEXO 4 ..........................................................................................................................................79 PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA ............................................................................................79 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA ....................................................................................82 NEC-10 PARTE 7-3 View slide
  • Estructuras de madera PARTE 7 ESTRUCTURAS DE MADERA CAPÍTULO 1 1. GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN El Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, interesado en implementar en el país, un agresivo programa de vivienda, ha identificado la necesidad de contar con el Código Ecuatoriano de la Construcción, para lo suscribió un convenio con la Cámara de la Construcción de Quito, para que ésta implemente un proceso de elaboración del mencionado Código, con el apoyo de profesionales relacionados a esta actividad. El Ecuador como miembro de la Junta del Acuerdo de Cartagena, participó en los años ochentas, conjuntamente con Venezuela, Colombia, Bolivia y Perú, en el Proyecto Andino de Desarrollo Tecnológico en el Área de los Recursos Forestales PADT REFOR, con la finalidad de desarrollar el Estudio Integral de la Madera para la Construcción, al término del cual generó algunas publicaciones. Entre las más importantes están el Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino (1.982); Manual de Clasificación Visual para Madera Estructural; Tablas de Valores Promedio de las Propiedades Físicas y Mecánicas de la Madera de 104 Especies del Grupo Andino (1.981), Manual del Grupo Andino para el Secado de Maderas. Editorial Carvajal (1.988) Manual del Grupo Andino para la Preservación de Maderas. Editorial Carvajal 1.988. Estos documentos han servido de base para la elaboración del presente Código, en el área de maderas, porque están sustentados en miles de ensayos efectuados en los diferentes laboratorios de los 5 países del Pacto Andino. En el contenido de las diferentes disposiciones, se hará referencia a valores u otra información que los proveedores y constructores con madera deben considerar, como elementos vinculantes de este Código. 1.1.1 EL RECURSO FORESTAL Según cálculos estimativos, el país consume actualmente 5 millones de metros cúbicos/año de madera rolliza para diferentes usos: tableros contrachapados, muebles, construcción en general y leña y carbón; cuya fuente principal de abastecimiento es el bosque nativo, que alcanza un 70 % (3,5 millones de m3) y el restante 30 % de plantaciones forestales. Lamentablemente las estadísticas forestales del país son incompletas. Algunas fuentes oficiales expresan que existen aproximadamente 3 millones de hectáreas de bosques nativos de producción, pero únicamente un millón de ellas se encuentran al momento accesible. Si se considera que con un aprovechamiento sostenible, de cada hectárea de bosque nativo se puede obtener en promedio 1,5 m3 anuales, entonces la producción sostenida es de 1,5 millones de m3, con un déficit de 2 millones de m3, que son cubiertos con madera de tala ilegal o de la conversión de bosque nativo a actividades agropecuarias. El uso de madera para la construcción, debe provenir de bosque nativo manejado sustentablemente, de preferencia de plantaciones forestales, cuyos volúmenes (mínimo 250 m3/ha), son mayores que de bosque nativo (20 a 25 m3/Ha) 1.1.2 RECURSO RENOVABLE La madera proviene del recurso forestal (bosque nativo y plantaciones forestales), que tiene un NEC-10 PARTE 7-4 View slide
  • Estructuras de madera carácter renovable, si se manejan bajo la concepción de sustentabilidad; caso contrario, éste se degrada y puede extinguirse. Adicionalmente en los bosques primarios existe una amplia variedad de especies forestales potencialmente maderables de las que solo un limitado número han sido estudiadas, de las que existe información que permite ser usada en la industria de la construcción Este código no pretende regular el manejo de los bosques, pero si asegurar el uso de la madera, de procedencia legal, autorizada y supervisada por la autoridad competente. 1.1.3 MANEJO FORESTAL SUSTENTABLE El Departamento Forestal de la FAO tiene como tema de política central para promover en el acuerdo a la productividad del bosque, sus ciclos productivos y mantención de las condiciones de biodiversidad. Estas medidas son propiciadas por los países desarrollados, principalmente de Europa, lo que tuvo un reconocimiento mundial en la Cumbre de Río en 1992. Los países pertenecientes a la OIMT (Organización Internacional de Maderas Tropicales) tienen compromisos en este mismo sentido. El Banco Mundial y la WWF unen esfuerzos para generar programas con similar objetivo. 1.2. LA MADERA: PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS La madera por su carácter orgánico- vegetal tiene características propias que la diferencian de otros materiales de construcción por ejemplo el acero y el hormigón, en consecuencia el diseño, cálculo y construcción con madera, debe tener en cuenta sus particularidades. Las propiedades generales, físicas y mecánicas, aún para una misma especie, tienen un amplio margen de variabilidad debido a las condiciones de crecimiento del árbol, relacionados con la latitud, calidad del suelo y características del clima (altitud, temperatura y precipitación), procedencia de bosques nativos o plantados, manejo silvicultural, etc. La madera proveniente de la albura del árbol posee en general, propiedades de resistencia mecánica y de resistencia al ataque de hongos e insectos, menores que la madera de duramen. 1.3. OBJETIVO Este Código establece las regulaciones sobre características de forma, tamaño, calidad y tipo, así como las condiciones mínimas de uso de la madera, para garantizar una mayor vida útil y un grado mínimo de seguridad, para los usuarios de las edificaciones. 1.4. ALCANCE DEL CÓDIGO 1.4.1. El presente Código Ecuatoriano de la Construcción es de aplicación obligatoria en todo el territorio nacional, en todo lo que se relaciona con la construcción de edificaciones en las que se utilice la madera escuadrada como material estructural. 1.4.2. Las disposiciones constantes en este Código se aplicarán a todas las personas naturales y jurídicas dedicadas a la construcción de edificaciones que utilicen estructuras de madera, así como los proveedores de madera estructural que dispongan la Patente de Proveedores de madera estructural. 1.4.3. Para fines del presente Código entiéndase como edificaciones a las construcciones de viviendas, teatros, coliseos, cines; torres de control, puentes, de carácter temporal o permanente. 1.5. DE LAS CONDICIONES DE USO DE LA MADERA 1.5.1. Procedencia del material.- La Autoridad Forestal del Ecuador deberá controlar, en los depósitos e industrias de la madera en todo el país, la procedencia legal de la madera a utilizarse NEC-10 PARTE 7-5
  • Estructuras de madera en la construcción de viviendas y otras edificaciones, que utilicen la madera como material estructural. 1.5.2. Establecimientos Autorizados.- La Autoridad Forestal Nacional, extenderá la correspondiente Patente de Proveedor de Madera Estructural, a los interesados que cumplan con los requisitos siguientes: a) Se abastezcan de madera proveniente de Programas de aprovechamiento y de corta, autorizados por el Ministerio del Ambiente, es decir de procedencia legal. b) Poseer una infraestructura de secado al horno y preservación al presión o inmersión. c) Estar dispuestos a asumir las responsabilidades civiles y penales que se deriven del uso de materiales defectuosos. Toda persona natural o jurídica, responsable de la construcción de edificaciones con material estructural de madera, deberá proveerse del material, en los establecimientos de comercio de madera estructural, autorizados por la Autoridad Nacional Forestal. 1.5.3. De los proveedores de madera estructural.- Los proveedores de madera estructural, deberán entregar a los compradores, una lista de las piezas con sus dimensiones y la certificación de sus productos estructurales, con la siguiente información: Identificación de la madera (nombre común, nombre científico), Contenido de humedad de la madera secada al horno, Densidad específica básica promedio (a un contenido de humedad del 12 %) y grupo estructural. Retención y Penetración, y nombre del preservante utilizado, para el caso de maderas que requieran de preservación. Cumplimiento de la Norma de Clasificación Visual para Madera Estructural. 1.6 DEFINICIONES DE LOS PRINCIPALES TÉRMINOS Notas importantes: En esta sección se indican las definiciones empleadas en la Norma; sin embargo en el Anexo No. 1, se incluyen otras definiciones que pueden aportar a una mejor comprensión de textos. Cuando se trate de términos que constituyen defectos en la madera, sus límites permisibles se podrán encontrar en el Manual de Clasificación Visual para Madera Estructural, documento elaborado en el Marco del Proyecto PADT-REFORT, del Ex Pacto Andino, y reproducido por la CCQ). Para efectos de la aplicación de esta Norma, se adoptan las siguientes definiciones técnicas de términos, usados para la madera. Abarquillado. Es el alabeo de una pieza cuando las aristas o bordes longitudinales no se encuentran al mismo nivel de su zona central. Acebolladura. Es la separación del leño entre dos anillos de crecimiento consecutivos. Alabeo. Deformación de una pieza aserrada que se produce por deficiencias del secado, cuya manifestación es la curvatura de sus ejes longitudinales (arqueadura, encorvadura), transversal NEC-10 PARTE 7-6
  • Estructuras de madera (abarquillado o acanaladura); o de ambos (torcedura o revirado). Albura. Porción de madera localizada en la parte externa del tronco, frecuentemente de coloración más clara que el duramen. procedente de los tejidos vivos del árbol, con propiedades de resistencia mecánica y de resistencia al ataque de hongos e insectos, menores que la madera de duramen, por lo que debe usarse como material estructural únicamente luego de haber sido preservada mediante alguno de los métodos a presión. Alero. Parte inferior del tejado que sobresale de la pared Anhidro. Estado de la madera, sin contenido de humedad Anillo de crecimiento. Bandas de tejido que se observan en el corte transversal de tronco y de madera aserrada en forma de coronas sucesivas, que corresponden al tejido formado en una etapa de crecimiento. Anisotropía. Propiedad de ciertos materiales que, como la madera, presentan características diferentes según la dirección que se considere Apilar. Es el proceso de arrumar ordenadamente la madera, formando lotes o pilas más o menos homogéneas, a fin de secarla o almacenarla. Arista. Línea de unión entre dos caras adyacentes en una pieza de madera serrada. Arista faltante. Es un defecto que se visualiza por la ausencia de un segmento de la pieza, y que afecta la continuidad de la pieza, reduciendo por lo tanto su resistencia mecánica. Armadura. Arreglo de elementos que forman triángulos entre sí, formando estructuras para cubrir luces mayores que si se usan vigas Arqueadura. Es el alabeo o curvatura a lo largo de la cara de la pieza. Arriostrado. Elemento unido, apoyado o reforzado por elementos simples, no principales, que sirven de unión. Articulación. Enlace de dos piezas, de tal manera que puedan existir movimientos angulares de una de ellas respecto de la otra. Aserrar. Es la operación de cortar la madera a partir de una troza, y darle una escuadría determinada con sierra manual o eléctrica. Bahareque. Sistema de paneles: pies derechos y recubrimiento de caña, guadua o madera y enlucidos. Bastidor. Armazón que sirve de base para recubrimientos, ventanas, u otros. Botaguas. Elemento final, o prolongación de otro que sirve para goteo de agua en ventanas o cubiertas. Cabeza. Superficie de la pieza localizada en los extremos de la misma, perpendicular a las caras y cantos. Canto. Es la superficie longitudinal de una pieza aserrada, con menor área que sus caras. Cantear. Es la operación destinada a obtener cantos rectos y paralelos en piezas provenientes de trozas. Cara. Es la superficie longitudinal de una pieza aserrada con mayor área, paralela a la dirección de la fibra. Carga. Fuerza que se aplica, peso de un objeto sobre otro. Cartela. Escuadra de madera, que sirve de unión de varios elementos en apoyos de armaduras. NEC-10 PARTE 7-7
  • Estructuras de madera Celosía. Armadura que se usa como viga o columna. Unión de triángulos que forman una celosía Cepillar. Es la operación mediante la cual se alisan las superficies de una pieza. Cercha. Armadura, generalmente triangular para cubiertas Cielo raso. Tumbado falso bajo cubierta u entrepiso Cimiento. Parte de la estructura destinada a recibir las cargas y transmitirlas al terreno Columna. Apoyo generalmente vertical, de medida longitudinal muy superior a la transversal, cuyo fin principal es soportar esfuerzos de compresión. Contenido de humedad CH. El contenido de humedad (CH) de la madera es la cantidad de agua que contiene una pieza de madera en un momento dado, que se expresa como un porcentaje de su peso anhidro. Contracción de la madera. Es la reducción de la dimensión de la madera por disminución de su contenido de humedad durante el secado; a partir del 30 % aproximadamente hasta la condición anhidra (CH= 0%). Corte longitudinal. Es el corte paralelo al eje longitudinal de una pieza, que a su vez, puede ser en el sentido radial, tangencial u oblicuo. Corte radial. Es el resultante de un corte longitudinal, paralelo a los radios y perpendicular a los anillos de crecimiento. Corte transversal. Es el corte perpendicular al eje longitudinal de una pieza. Cuerda. Elemento superior o inferior de una cercha. Cuartón. Es la pieza aserrada, labrada y/o cepillada, con un espesor uniforme entre 30 y 50 mm, un ancho mayor de 100 mm y longitud variable. Cumbrera. Elemento o elementos situados la parte más alta de la unión de planos de cubiertas Deformación. Variación de la forma de un elemento estructural por acción de las cargas. Defecto. Es la irregularidad que presenta la madera afectando sus propiedades, lo que determina, generalmente, una limitación en su uso. Defecto de aserrado. Es la imperfección o irregularidad que se presenta en una madera durante el aserrío, y, es también, la variación que ocurre en lo que tiene que ver con las dimensiones de una pieza. Densidad de la madera. Es la relación que existe entre la masa y el volumen de una pieza de madera, a un determinado contenido de humedad. En el Sistema Internacional se expresa en gr/cm3 o kg/m3. Según las condiciones de humedad de la madera, se conocen algunos tipos de densidad: Densidad verde o saturada. Es la relación que existe entre la masa y el volumen de la madera en estado verde o saturado, con un contenido de humedad mayor al 30 %. Densidad seca al aire. Relación que existe entre el peso y el volumen de la madera en estado seco al aire, con un contenido de humedad de alrededor al 12 %. Densidad seca al horno o anhidra. Relación que existe entre el peso y el volumen de la madera en estado anhidro, es decir con un contenido de humedad del 0 %. Densidad básica. Es la relación entre el peso de la madera en estado anhidro y su volumen en estado verde o saturado (CH mínimo del 30 %). Es un indicativo de las propiedades mecánicas que tiene una madera. Es función de la edad, a mayor edad del árbol de donde procede la madera, su densidad aumenta. NEC-10 PARTE 7-8
  • Estructuras de madera Duramen. Porción de madera procedente la parte interna del tronco, de los tejidos muertos y lignificados del árbol, con propiedades de resistencia mecánica y de resistencia al ataque de hongos e insectos, mayores que la albura. Frecuentemente de coloración más obscura que la albura. Duramen quebradizo. Madera en una zona de aproximadamente 10 cm de diámetro adyacente a la médula, caracterizada por una fragilidad anormal. Se presenta en forma de grietas de media luna. Es más frecuente en árboles viejos y pueden presentar deterioro. Ensamble. Unión o acoplamiento de dos piezas que no requieren ser reforzadas por tornillos o clavos para permitir su desmontaje Encorvadura. Es el alabeo o corvadura a lo largo del canto de la pieza. Tolerancia: se permite 1 cm por cada 300 cm o su equivalente. Entramado. Armazón de madera que sirve para dar forma y trabazón a una pared, entrepiso o techo de un edificio en construcción Entrepiso. Es el conjunto de elementos que separa un piso de otro en una edificación. Esbeltez. Relación de la altura efectiva dividida por el radio de giro de la sección, en el sentido considerado Escamadura. Se observan como escamas superficiales en las caras tangenciales de una pieza de madera. Esfuerzo. Carga por unidad de área. Escuadría. Es la expresión numérica de las dimensiones de la sección transversal de una pieza. Fallas de compresión. Se observa en las superficies bien cepilladas de una pieza y como arrugas finas perpendiculares al grano. Grano. Es la dirección de las fibras y de otros tejidos longitudinales de la madera, con respecto al eje principal de una pieza aserrada. Se conoce como Grano Recto, cuando la dirección de la fibra es paralela al eje principal de la pieza. Grano inclinado, cuando la fibra guarda cierta inclinación respecto del eje principal de la pieza. Grano entrecruzado. Es la disposición del grano en forma ondulada y entrecruzada a lo largo de la pieza. Se lo puede observar mediante un detector de grano. Grietas superficiales de secado. Se observan como separaciones discontinuas y superficiales, de aproximadamente 1 mm de separación y 2 a 3 cm de profundidad. Este defecto se produce durante el proceso de secado Grupo estructural. Es el conjunto de maderas cuya densidad específica básica se encuentra dentro de un rango de densidades básicas, superior a 0,4 gr/cm3. Higroscopia. Propiedad que tiene la madera, mediante la cual es capaz de absorber o eliminar agua hasta lograr un equilibrio con la humedad relativa del aire que la rodea. Hinchamiento. Incremento de las dimensiones de una pieza de madera a consecuencia del aumento del contenido de humedad. Conocido también como expansión. Luz. Distancia horizontal interior entre dos puntos de apoyo de una viga, vigueta, armadura, arco. Madera. Material más o menos duro, fibroso y compacto, de origen vegetal, proveniente de las plantas leñosas (árboles, arbustos y lianas), principalmente de los troncos de los árboles. Madera rolliza. Es aquella susceptible de utilizarse en su forma original (redonda), con o sin corteza. NEC-10 PARTE 7-9
  • Estructuras de madera Madera estructural. Aquella que en uso, a más de soportar su propio peso, estará sujeta a esfuerzos diversos. Por tal razón deberá tener una densidad básica mínima de 0,4 gr/cm3. Madera aserrada. Es la pieza que se obtiene de una troza de madera, mediante cortes longitudinales y/o transversales, realizados con sierras normales o con la sierra eléctrica. Madera cepillada. Es la pieza nivelada y alisada de una o más de sus caras y/o cantos. Madera no estructural. Aquella que en uso, no soporta únicamente su propio peso, pudiendo tener una densidad básica menor a 0,4 gr/cm3. Madera preservada. Es la madera que ha sido sometida a un tratamiento inmunizante con algún tipo de preservante, a efectos de aumentar su durabilidad y resistencia a los agentes biológicos deteriorantes y/o al fuego o procesos de intemperización. Mampostería. Muro o pared, obra de albañilería, construido mediante elementos o mampuestos unidos por mortero Mancha de proceso. Es el cambio de color que puede producirse en la madera, durante los procesos de aserrado, cepillado y/o almacenamiento. Mancha biológica. Es el cambio de color de la madera ocasionado por hongos no xilófagos. Marca de sierra. Es la depresión en la superficie de una pieza de madera, producida por un corte anormal, hecho por los dientes de la sierra. Media duela. Es la pieza aserrada, labrada y/o cepillada, con un espesor variable entre 15 y 35 mm y su ancho entre 50 y 100 mm. Médula. Es la pequeña zona de tejido esponjoso ubicado en el centro del duramen. Es susceptible al ataque de hongos e insectos. Medidor de humedad. Es un aparato destinado a medir el contenido de humedad de la madera, al que también se lo conoce como hidrómetro. Muro de corte. Entramado constituido por pies derechos, soleras y travesaños, con forramientos en las caras, que se construye para soportar la carga horizontal en una edificación producida por sismo o viento Nudo. Área de tejido leñoso proveniente de una rama cuya madera tiene propiedades físicas y mecánicas deferentes al resto de la pieza de madera aserrada. Se conoce como nudo sano cuando hay presencia completa de la rama que no se desprenderá durante el secado; nudo hueco, cuando la rama se ha desprendido total o parcialmente durante el secado. Nudo hueco. Son los espacios agujereados que quedan al desprenderse los nudos de la madera. A los nudos sueltos o deteriorados se los debe considerar como nudos huecos. Panel. Entramado que forma parte de una pared o muro. Parénquima en bandas anchas. Son células correspondientes al tejido blando, por lo general de color más claro que la parte fibrosa del árbol. Se distribuye en bandas concéntricas y son visibles a simple vista en la sección transversal de la pieza de madera previamente humedecida. Peso específico. Ver Densidad específica. Perforaciones pequeñas. Son agujeros con diámetros iguales o menores a 3 mm producidos por insectos. Perforaciones grandes. Son agujeros con diámetros mayores de 3mm, producidos por insectos o Pie derecho. Elemento de madera colocado en forma vertical y que forma parte de un muro o NEC-10 PARTE 7-10
  • Estructuras de madera pared. Piso. Es la vigueta utilizada como soporte de entarimados o entablados. Pingo. Es la madera redonda de longitud variable y diámetro no menor de 50 mm en la cabeza. Pieza. Es el elemento de madera aserrada, labrada y/o cepillada, de forma variada. Pilote. Es la madera redonda de diámetro no menor de 100 mm de la cabeza y longitud variable; generalmente se lo usa como soporte. Poste para líneas aéreas. Es la madera redonda, con longitud mínima de 5 m y 1 diámetro no inferior a 100 mm en la cabeza. Preservación. Acción y efecto de incorporar a la madera, substancias tóxicas para agentes biológicos de deterioro de la madera, principalmente hongos e insectos, para alargar la vida útil de la madera. Pudrición. Es la descomposición de la madera por la acción de hongos xilófagos, acompañada de un proceso gradual de cambios de sus características físicas, químicas y mecánicas. Rajaduras. Se observan como separaciones del tejido leñoso en la dirección del grano. Rigidez. Lo contrario a flexible, y que depende del tipo de sección, tamaño y material y dimensión. Riostra. Elemento secundario, de apoyo o amarre entre otros. Secado de la madera. Proceso de eliminación de la humedad de la madera, por medios naturales o al aire libre, o bajo control de temperatura, humedad relativa del aire y remoción de aire (secado al horno). Sistema constructivo. Forma de construir un sistema de entrepiso, cubierta y que tiene su particularidad. Sobrecarga. Carga adicional aplicada. Solera. Pieza o elemento colocado en la base o en el techo que une varios paneles o entramados. Tabique. División o pared divisoria. Tensor. Elemento de una estructura que está a tensión, puede ser una viga o columna o un cable o similar. Tirante. Sinónimo de cable, elemento a tensión. Tira. Es la pieza aserrada, labrada y/o cepillada, de secciones generalmente cuadradas, de 20 a 50 mm mínimo y longitud variable. Torcedura o revirado. Es el alabeo que se presenta cuando las esquinas de una pieza de madera no se encuentran en el mismo plano. Travesaño. Pieza de madera de dimensiones similares, colocados perpendicularmente a los pies derechos y que mejoran la esbeltez de una columna o pie derecho. Umbral. Pieza colocada en la parte inferior de una puerta, lo opuesto a dintel. Viga. Es la pieza aserrada, labrada y/o cepillada, generalmente de sección rectangular, cuyas dimensiones son mayores de 100 a 200 mm, con una longitud mínima de 2m. Vigueta. Es la pieza aserrada, labrada y/o cepillada, generalmente de sección rectangular, cuyas escuadrías están comprendidas entre 50 x100 mm y 100 x 200 mm, con una longitud mínima de 2m. NEC-10 PARTE 7-11
  • Estructuras de madera CAPÍTULO 2 2. DISEÑO ARQUITECTÓNICO 2.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO Se debe pensar a las estructuras como un sistema desde la preparación hasta el montaje, considerando cada pieza y cada tarea como parte integrante del conjunto. Las pautas de diseño arquitectónico propuestas tienen en cuenta las limitaciones del material y aseguran estabilidad, seguridad y durabilidad de las construcciones en madera. Las normas aquí propuestas no tienen carácter restrictivo del diseño y su criterio consiste en asegurar el buen comportamiento de aquellas. Los requisitos establecidos en este numeral deben aplicarse a las edificaciones en las cuales la estructura está hecha totalmente de madera. Estos requisitos son igualmente aplicables a los elementos de madera de las edificaciones mixtas, aquella donde la estructura está hecha parcialmente con madera complementada con otros materiales como hormigón, acero o mampostería. Características físicas.- En los diseños de madera estructural se deben tener en cuenta las limitaciones impuestas por el origen orgánico del material: variabilidad natural y defectos, higroscopicidad y su influencia en la estabilidad dimensional, combustibilidad y deterioro por hongos, insectos y agentes atmosféricos, baja densidad y poco peso de las piezas. Características mecánicas.- Los diseñadores deben tener en cuenta en sus diseños las características propias del material en cuanto a resistencia y rigidez, lo que necesariamente impone restricciones de luz, excepto en vigas laminadas, carga y esfuerzos admisibles que los hace diferentes de los diseñadores en otros materiales como el hormigón y el acero. Limitaciones estructurales.- La dimensión limitada de las piezas de madera conduce al diseño de estructuras en las cuales la dificultad, inherente a la madera, de ejecutar uniones totalmente rígidas, no comprometa su estabilidad. Sistemas constructivos.- Las características de la madera, expresadas en los numerales anteriores, la facilidad y rapidez para trabajarla, su poco peso, la disponibilidad de diversos elementos de unión: ensambles, tornillos, grapas, etc., facilitan el empleo de sistemas constructivos y de montaje tales como paneles precortados y la prefabricación total y parcial, así como diversos grados de industrialización. Diseño Modular.- La uniformidad de dimensiones de los elementos de madera disponibles para la construcción lleva por economía al uso de elementos modulares, y esto debe reflejarse en un diseño basado en sistemas constructivos coherentes. Hay que tener en cuenta las tolerancias del material para su uso adecuado. El diseño modular permite reducir el desperdicio del material. Sus inconvenientes principales son la poca durabilidad en ambientes agresivos, que puede ser subsanada con un tratamiento apropiado, y la susceptibilidad al fuego, que puede reducirse sólo parcialmente con tratamientos retardantes y más efectivamente protegiéndola con recubrimientos incombustibles. Las dimensiones y formas geométricas disponibles son limitadas por el tamaño de los troncos; esto se supera en la madera laminada pegada en que piezas de madera de pequeño espesor se unen con pegamentos de alta adhesión para obtener formas estructuralmente eficientes y lograr estructuras en ocasiones muy atrevidas y de gran belleza. NEC-10 PARTE 7-12
  • Estructuras de madera El problema de la anisotropía se reduce en la madera contrachapada en el que se forman placas de distinto espesor pegando hojas delgadas con las fibras orientadas en direcciones perpendiculares alternadas. La unión entre los elementos de madera requiere especial atención, para el cual existen diferentes procedimientos. Las propiedades estructurales de la madera son muy variables según la especie, densidad específica y los defectos que puede presentar una pieza determinada. Para su uso estructural se requiere una clasificación que permita identificar piezas con las propiedades mecánicas deseadas. En algunos países el uso estructural de la madera es muy difundido y se cuenta con una clasificación estructural confiable; en otros su empleo con estos fines es prácticamente inexistente y es difícil encontrar madera clasificada para fines estructurales. 2.2 PROTECCIÓN POR DISEÑO Figura 1. Protección por diseño 2.2.1 Protección contra humedad.- Por ser higroscópica y porosa la madera absorbe agua en forma líquida o de vapor. Si la humedad se acumula en la madera afecta sus propiedades mecánicas, se convierte en conductora de electricidad y sobre todo, queda propensa a la putrefacción por el ataque de hongos. La madera puede humedecerse por capilaridad, por lluvia o por condensación, por lo que debe protegerse como se indica a continuación: a) La madera por contacto con el suelo o con alto riesgo de humedad debe ser preservada de acuerdo a la norma establecida. b) El diseño mismo puede evitar la exposición directa de la madera a la lluvia; si esto no se logra, debe protegerse con sustancias hidrófugas o con superficies impermeables. NEC-10 PARTE 7-13
  • Estructuras de madera c) Todo elemento estructural expuesto a la intemperie debe apoyarse, con aislante, sobre zócalos o pedestales de hormigón, metálicos o madera de tal forma que no permanezcan en contacto con el agua estancada y debe ser protegido lo mismo que los elementos de madera de recubrimiento de muros exteriores, por medio de aleros y deflectores. Para prevenir la condensación es necesario evitar los espacios sin ventilación, especialmente en climas húmedos. En aquellos ambientes que por su uso estén expuestos al vapor, como baños y cocinas, además de suficiente ventilación, deben protegerse las superficies expuestas con recubrimientos impermeables. Figura 2. Protección en aleros y ventanas Figura 3. Protección en aleros y recolección de agua lluvia NEC-10 PARTE 7-14
  • Estructuras de madera Figura 4. Protección en pilotes Figura 5. Protección de entrepisos 2.2.2 Protección contra hongos.- Los hongos que atacan la madera son organismos parásitos de origen vegetal que se alimentan de las células que la componen, desintegrándola. Se reproducen sobre la madera húmeda bajo ciertas condiciones de temperatura, por esporas traídas a través del aire o por el contacto directo con otros hongos. La protección de la madera debe comenzar, desde que se corta. Sin embargo, en la obra debe tenerse en cuenta lo siguiente: Debe desecharse la madera con muestras de putrefacción y hongos, según se establece en la tabla 5. Debe evitarse el uso de clavos y otros elementos metálicos que atraviesen la madera en las caras expuestas a la lluvia, salvo que se sellen las aberturas- Se recomienda el uso de clavos galvanizados. Cuando la madera se instala como enchape, cielo rasos o pisos, debe haber una buena ventilación entre ella y la superficie del material de base, de tal forma que se evite la formación de hongos en NEC-10 PARTE 7-15
  • Estructuras de madera la parte posterior del acabado o en su defecto, debe haber una unión completamente sellada entre ella y el material del fondo, tales como los cielo rasos recubiertos con tela asfáltica por la parte superior. 2.2.3 Protección contra insectos.- La madera puede ser atacada, especialmente en climas húmedos y cálidos, por insectos que perforan su estructura en busca de nutrientes. Entre estos insectos están las termitas aladas, las termitas subterráneas y los gorgojos. a) En zonas donde existan termitas subterráneas deben eliminarse los restos orgánicos alrededor de la construcción y establecerse barreras de tierra tratada con insecticidas hasta la profundidad de la cimentación. b) Donde existan termitas subterráneas y aladas deben colocarse barreras o escudos metálicos sobre las superficies de la cimentación en forma completamente continua. c) Donde el riesgo de ataque de insectos sea alto debe tratarse la madera de la construcción con los métodos adecuados. Véase el numeral 4. 2.2.4 Protección contra el fuego.- Para el diseño debe tenerse en cuenta que la madera es un elemento combustible que se inflama a una temperatura aproximada de 270 ºC, aunque algunas sustancias impregnantes o de recubrimiento pueden acelerar o retardar el proceso. a) No deben utilizarse elementos de calefacción que aumenten la temperatura de los ambientes peligrosamente. b) Las paredes próximas a fuentes de calor deben aislarse con materiales incombustibles. c) Las edificaciones adyacentes construidas con madera deben separarse como mínimo 1,20 m entre sus partes salientes. Si la distancia es menor, los muros no deben tener aberturas y su superficie debe estar recubierta de materiales incombustibles con una resistencia mínima de 1h de exposición. Si están unidas, el paramento común debe separarse con un muro cortafuego de material incombustible. Este muro debe sobresalir en la parte superior por lo menos 0,50 m y en los extremos por lo menos 1,00 m medidos a partir de los sitios que más sobresalgan de las construcciones colindantes. La estabilidad de este muro no debe sufrir con el colapso de la construcción incendiada. d) Las piezas estructurales básicas deben sobredimensionarse 3 (5) mm en su espesor, en sus caras expuestas. e) Deben evitarse acabados que aceleren el desarrollo del fuego, tales como lacas y barnices óleo solubles. f) En el diseño de las instalaciones eléctricas debe tenerse en cuenta, un claro y fácil acceso a los tableros de circuitos y de control- g) En edificaciones de uso comunitario: escuelas, centros de salud, oficinas, comercios y hoteles, por su tamaño y dada la gran velocidad de propagación del fuego en las edificaciones de madera, se deben considerar las siguientes recomendaciones: - Acceso rápido y señalizado a las fuentes más probables de incendio. - Distribución de extinguidores según las recomendaciones técnicas pertinentes. - Salidas de escape suficientes, de fácil acceso y claramente señalizadas. - En las edificaciones de varios pisos deben proveerse escaleras exteriores de escape. - Sistemas automáticos de detección, ya sea por humo o calor. h) Los depósitos para combustible de estufas y calentadores deben localizarse fuera de las edificaciones y deben rodearse de materiales incombustibles o retardadores del fuego. NEC-10 PARTE 7-16
  • Estructuras de madera 2.3 MANTENIMIENTO Toda edificación de madera aunque está bien construida requiere de revisiones, ajustes y reparaciones durante su existencia. Al poco tiempo de construida probablemente debe ser necesario arreglar fisuras en las uniones de las maderas, desajustes de puertas y ventanas y apretar tornillos o tuercas de pernos para corregir los desajustes debidos al asentamiento del terreno y a la acomodación de la madera a la humedad del ambiente. Posteriormente debe ser necesario efectuar revisiones periódicas y ejecutar los arreglos necesarios. a) Reclavar los elementos que por la contracción de la madera, por vibraciones o por cualquier otra razón se hayan desajustado y apretar las tuercas en uniones hechas con pernos y tornillos. b) Si se encuentran roturas, deformaciones o podredumbres en las piezas estructurales, se debe dar aviso al constructor. c) Repintar las superficies deterioradas por efectos del viento, de la humedad y del sol. d) Si la madera ha sido tratado con inmunizantes colocados con brocha, aplicar un nuevo tratamiento con la periodicidad y las precauciones que recomienda el fabricante del producto que se use. e) Revisar los sistemas utilizados para evitar las termitas aéreas y subterráneas. Véase el numeral 6.2.3. f) Fumigar por lo menos una vez al año para evitar la presencia de insectos domésticos y ratas. g) Mantener las ventilaciones de áticos y sobre cimientos sin obstrucciones. h) Inspeccionar posibles humedades que puedan propiciar el crecimiento de hongos y eliminar las causas. i) Limpiar y, si es necesario, arreglar canales y desagües de los techos j) Verificar la integridad de la instalación eléctrica k) Verificar los sistemas especiales de protección contra incendios cuando los existan. Véase el numeral 6.2.4. del Manual l) En caso de construcciones sobre pilotes, se deben revisar el apoyo homogéneo de la estructura, su nivelación y el estado de ella. 2.4 OTRAS CONSIDERACIONES Es evidente que la construcción en madera demanda un gran trabajo en el detalle, para conseguir la seguridad que debe brindar el diseño y la construcción de una edificación. Se exponen algunos a. PROTECCIÓN ANTE EL CALOR, diseñar la vivienda con circulación de aire y evitando la acumulación de calor. La transmisión de calor debe preverse en la cubierta para salida de aire y en la parte baja para ingreso de aire fresco. Debe procurarse la utilización de Aislantes de Calor. b. PROTECCION ANTE LOS RUIDOS. Los niveles de ruido deben ser corregidos con aislantes acústicos. NEC-10 PARTE 7-17
  • Estructuras de madera c. PROTECCION CONTRA LOS SISMOS. la flexibilidad del material, determina un mejor comportamiento estructural en los sismos, fundamentado además en el poco peso y su ductilidad. 2.5 IMPERMEABILIZANTE DE CIMENTACIÓN Figura 6. Protección de pisos sobre cimentación Figura 7. Protección de pisos sobre loseta NEC-10 PARTE 7-18
  • Estructuras de madera CAPÍTULO 3 3. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL 3.1 LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN La madera es un material ANISOTRÓPICO, y más propiamente ORTOTRÓPICO, lo cual obliga a tener presente la orientación de las solicitaciones con relación al material: paralela y perpendicular a la fibra. El comportamiento de la madera a la aplicación de los esfuerzos no sigue, en general, la Ley de Hooke, sin embargo para los niveles de solicitación a los que normalmente se la utiliza se puede asumir un comportamiento elástico-lineal. Por lo que se recomienda que el diseño en Madera se lo efectúe con la clásica Teoría Elástica, ya que se cuenta con información, respaldada con investigaciones, de las propiedades Físico - Mecánicas. No se recomienda, al estado actual del conocimiento del material, el diseño al Estado Límite, por no contar con información confiable que permita una razonable seguridad de las estructuras, debido a la gran cantidad de especies latifoliadas de nuestro medio. De manera general, que el diseño en madera se lo haga con madera aserrada. El diseño con madera rolliza debe intentarse si se dispone de información de laboratorio que respalde el diseño en ese estado del material. Los resultados de los ensayos de Laboratorio, en probetas pequeñas libres de defectos son compatibles con la madera aserrada, no así con la rolliza porque en ésta se incluyen partes del árbol, que no forman parte de las probetas pequeñas libres de defectos, según expresamente se indican en las normas generalmente aceptadas. De otro lado se pueden usar piezas estructurales de madera laminada, a condición de disponer información consistente de los adhesivos y de la técnica para la elaboración de las piezas: vigas, columnas, pórticos etc. Debe ponerse énfasis en las uniones de las láminas que conformarán la pieza, a fin de garantizar la continuidad de su resistencia. El diseño Elástico se sustenta en la adopción de ESFUERZOS ADMISIBLES. Por lo que los elementos estructurales deben diseñarse para que los esfuerzos resultantes de la aplicación de las cargas de servicio sean menores, o a lo más iguales, a los esfuerzos admisibles del material. Paralelamente se deben calcular (evaluar) las deformaciones en los elementos con la aplicación de las cargas de servicio, estas deformaciones deben ser menores, o a lo mas igual, a las deformaciones admisibles. Sin embargo debe tomarse en cuenta las deformaciones diferidas debido a cargas permanentes, para que la deformación total sea adecuada como se verá en el capítulo de flexión. Esfuerzos y deformaciones admisibles para las maderas del Grupo Andino constan en investigaciones sobre el tema, los valores de esfuerzos admisibles, de deformaciones admisibles y editado por la Junta del Acuerdo de Cartagena. No obstante se puede usar información de otras fuentes resultado de investigaciones. Igualmente se recomienda usar la información sobre esfuerzos y deformaciones que constan en la bibliografía especializada y/o de la experiencia de estructuras de madera en servicio. 3.2. CARGAS Las estructuras de madera, al igual que con otros materiales, deben diseñarse (dimensionarse) para resistir la aplicación de las cargas de servicio, según las definiciones siguientes: Cargas muertas: Esencialmente consisten en el peso propio del elemento, los acabados, cargas permanentes NEC-10 PARTE 7-19
  • Estructuras de madera adicionales, etc. En casos particulares, las cargas de servicio o cargas vivas que son de aplicación continua en el tiempo (Ej.: bibliotecas, depósitos etc.) se consideraran como muertas para el cálculo de las deformaciones diferidas. (Revisar el art. 7-4 del Manual). Cargas vivas: Consisten principalmente en cargas de ocupación de edificios, cubiertas, terrazas, puentes, etc. Por tanto, son las sobrecargas de servicio, o cargas vivas, que la estructura debe resistir conforme al uso de la misma. Se sugiere de acuerdo al caso y el lugar donde se implante la estructura, tomar en cuenta las solicitaciones que se originen de los cambios extremos de temperatura y/o humedad. Cargas ambientales: Las cargas ambientales son principalmente las de granizo, nieve, ceniza, presión y succión de viento, y las sísmicas y de empujes de suelo. Los valores de las cargas de servicio y sobrecargas serán las que constan en los la Parte 3 de la Norma Ecuatoriana de Construcción. 3.3. ESFUERZOS ADMISIBLES Para el diseño estructural deberá usarse los esfuerzos admisibles que constan el MANUAL DE DISEÑO PARA MADERAS DEL GRUPO ANDINO, porque son consecuencia de un proceso de ensayos con maderas de la Subregión. Los valores indicados están respaldados por un numero grande de repeticiones lo cual le da confiabilidad. Debe tenerse presente que los valores referidos son validos para madera ESTRUCTURAL, que del Manual mencionado. Es responsabilidad del calculista especificar madera que cumpla con la Norma de clasificación visual; igualmente se supervisará que la madera que se está usando en la obra cumple con la mencionada norma. Véase el MANUAL DE CLASIFICACIÓN VISUAL, publicado por la JUNAC. De numerosas investigaciones se tiene establecido que hay una estrecha relación entre la densidad (densidad básica) y la resistencia a los diferentes esfuerzos del material, es así que en el corresponden a las densidades: Alta, Mediana y Baja según se indica: densidad básica comprendida entre 0.40 a 0,55 Nuevas especies de madera cuyas Densidades básicas se conozcan, se pueden incluir en uno de los grupos estructurales que corresponda. 3.4. MÓDULO DE ELASTICIDAD O MÓDULO DE YOUNG Los valores del modulo de elasticidad para los tres grupos estructurales, que constan en el Manual, serán los que se usarán para el dimensionamiento de elementos en flexión, y para elementos en compresión y tracción paralelos a las fibras. para el cálculo de elementos individuales tales como vigas o columnas, el valor promedio es adecuado para el diseño de elementos en los que exista una acción de conjunto por ejemplo en viguetas para entablados y pies derechos en tabiques y/o entramados. NEC-10 PARTE 7-20
  • Estructuras de madera TABLA 7.1. ESFUERZOS ADMISIBLES Flexión Tracción Compresión Paralela Paralela Compresión Perpendicular Corte Paralelo Grupo ft fm M Pa fc fv Kg/cm² M Pa Kg/cm² M Pa Kg/cm² M Pa M Pa Kg/cm² Kg/cm² A 21 (210) 14.5 (145) 14.5 (145) 4.0 (40) 1.5 (15) B 15 (150) 10.5 (105) 11.0 (110) 2.8 (28) 1.2 (12) C 10 (100) 7.5 (75) 8.0 (80) 1.5 (15) 0.8 (8) (*) Estos esfuerzos son para madera húmeda, y pueden ser usados para madera seca. TABLA 7.2. MODULO DE ELASTICIDAD E mín E promedio Grupo M Pa Kg/cm² M Pa Kg/cm² A 9500 95,000 13000 130.000 B 7500 75,000 10000 100,000 C 5500 55,000 9000 90,000 (*) Estos esfuerzos son para madera húmeda, y pueden ser usados para madera seca. CAPÍTULO 4 4. DISEÑO EN FLEXIÓN: VIGAS Y VIGUETAS 4.1 DISEÑO Los elementos de madera solicitados a cargas, y otras acciones, que produzcan flexión vigas, viguetas, entablados, etc., se diseñarán en la suposición que el material es homogéneo, isotrópico y que cumple la ley de Hooke en consecuencia las dimensiones de las piezas serán las que resulten del cálculo con las ecuaciones clásicas para los esfuerzos de tracción, compresión y corte en las secciones críticas. Las secciones escogidas deben satisfacer los esfuerzos admisibles de tracción, compresión y corte paralelo a las fibras, recomendados en la Bibliografía especializada en particular el Manual para diseño de maderas del Grupo Andino. Adicionalmente las deflexiones deben limitarse a fin de no perjudicar el buen funcionamiento y la NEC-10 PARTE 7-21
  • Estructuras de madera apariencia de la estructura. Las deflexiones máximas deben calcularse para los casos indicados: a) Combinación servicio. b) más desfavorable de cargas permanentes y sobrecargas de Sobrecargas de servicio actuando solas. El cálculo y limitación de las deflexiones es responsabilidad del calculista, sin embargo para construcciones residenciales se usarán los valores indicados en la tabla 8.1 del Manual. Los valores de la columna (a) son adecuados de usar cuando se tenga cielo raso que pueda ser afectado por las deflexiones de las vigas. Para construcciones industriales se pueden usar limitaciones menos exigentes que los indicados. Para el cálculo de las deflexiones en vigas (elementos individuales) se recomienda usar el valor de E mínimo indicado en la Tabla 8.2 del Manual. Para viguetas y entablados se puede usar el valor de E promedio indicado en la misma tabla, si se tiene por lo menos cuatro elementos que funcionan simultáneamente y exista una acción garantizada de conjunto o distribución de cargas. TABLA 8.2. MODULO DE ELASTICIDAD GRUPO A M Pa G Pa GRUPO C GRUPO B Kg/cm² M Pa G Pa Kg/cm² M Pa G Pa Kg/cm² E mínimo 9500 9.5 95,000 7500 7.5 75,000 5500 5.5 55,000 E promedio 13000 13 130,000 10000 10 100,000 9000 9.0 90,000 Para elementos cuya relación de luz, L/h, es mayor que 14 las deformaciones de corte pueden despreciarse. G puede considerarse, consecuentemente, como E/25. NEC-10 PARTE 7-22
  • Estructuras de madera 4.2 DEFORMACIONES DIFERIDAS Los elementos de madera sujetas a flexión incrementa las deflexiones (flechas) cuando la carga se mantiene largos períodos de tiempo al diseñar las vigas, viguetas, entablados, se debe tener en cuenta el efecto indicado. Las deflexiones totales pueden entonces estimarse como aquellas debidas a las cargas de aplicación continua multiplicadas por 1.8, más aquellas producidas por el resto de las cargas sin modificación. 4.3 REQUISITOS DE RESISTENCIA Los esfuerzos de tracción y compresión producto de los momentos flectores no deben exceder los valores admisibles de la tabla 8.3 del Manual de acuerdo al grupo de madera escogido para el diseño. TABLA 8.3. ESFUERZO MAXIMO ADMISIBLE EN FLEXION, fm M Pa Kg/cm² GRUPO A 21 210 GRUPO B 15 150 GRUPO C 10 100 Estos esfuerzos pueden incrementarse en un 10% al diseñar entablados o viguetas si hay una acción de conjunto garantizada. Con las hipótesis mencionadas al inicio de este capítulo, el máximo esfuerzo normal se produce en la fibra más alejada del plano neutro. Para elementos cargados en la dirección de uno de los ejes principales de la sección: (Fig. 8.3). Los valores constantes en la tabla se pueden incrementar el 10% en el diseño de entablados y viguetas si existe una acción garantizada de conjunto. Los máximos esfuerzos de tracción, compresión y corte se calcularán con las ecuaciones clásicas de la Resistencia de Materiales, suponiendo material homogéneo, isotrópico y que cumple la Ley de Hooke. El esfuerzo cortante máximo admisible, paralelo a las fibras, consta en la tabla 8.4 del Manual. Igualmente si hay una acción garantizada de conjunto los valores de la tabla se pueden incrementar un 10%. El esfuerzo cortante perpendicular a las fibras es mucho mayor que el esfuerzo paralelo a las fibras y en consecuencia no necesita verificación. En donde b y h, son las dimensiones de la sección transversal. NEC-10 PARTE 7-23
  • Estructuras de madera TABLA 8.4. ESFUERZO MAXIMO ADMISIBLE PARA CORTE PARALELO A LAS FIBRAS, fv M Pa Kg/cm² GRUPO A 1.5 15 GRUPO B 1.2 12 GRUPO C 0.8 8 Estos esfuerzos pueden incrementarse en un 10% al diseñar entablados o viguetas si hay una acción de conjunto garantizada. La resistencia al corte en la dirección perpendicular a las fibras es mucho mayor y por lo tanto no requiere verificarse. El esfuerzo de corte en una sección transversal de un elemento sometido a flexión y a una cierta distancia del plano neutro puede obtenerse mediante: El esfuerzo cortante paralelo a las fibras se verificará para una sección crítica, distante del apoyo, en una dimensión igual al peralte (altura) del elemento en cuestión según se indica en la figura 8.5 del manual. En las superficies de apoyo de las vigas y viguetas se desarrolla un esfuerzo de compresión perpendicular a la fibra; El esfuerzo promedio de calculará con ecuación s= R/ab en la que R es la reacción y a x b es el área de apoyo. El esfuerzo calculado no debe exceder los valores de la tabla 8.5. En ningún caso se permite el uso de sistemas de apoyo en vigas y viguetas que produzcan esfuerzos de tracción perpendiculares a la fibra por la baja resistencia de la madera a esta solicitación. NEC-10 PARTE 7-24
  • Estructuras de madera 4.4 ESTABILIDAD LATERAL Los elementos en flexión, especialmente si su relación peralte (altura) a su ancho es significativa, deben arriostrarse adecuadamente para evitar el pandeo lateral (fuera del plano del elemento) en la zona de compresión. Los elementos de sección rectangular (ancho b y altura h) pueden arriostrarse en función de la relación h/b y se recomienda usar los valores de la Tabla 8.6. NEC-10 PARTE 7-25
  • Estructuras de madera Los criterios de la tabla 8.6 pueden también aplicarse para vigas construidas con dos o más piezas del mismo peralte, h, considerándose el ancho total, siempre y cuando los elementos componentes estén adecuadamente conectados entre sí. CAPÍTULO 5 5. ELEMENTOS A COMPRESIÓN: COLUMNAS 5.1 DISEÑO Los elementos de madera solicitados a carga axial, y carga axial más momento flector deben diseñarse con las hipótesis y ecuaciones tradicionales para columnas. Se asume que el material cumple la ley de Hooke, es isotrópico y homogéneo, esta hipótesis es aceptable para los niveles de esfuerzo que normalmente se tienen en las columnas en servicio. Las columnas son, en general, de madera sólida o maciza, sin embargo se pueden usar columnas de madera laminada, formadas por la unión de piezas que permitan alcanzar un mayor momento de inercia de la sección transversal, en cuyo caso garantizaran la condición anterior. Pueden usarse adhesivos y/o elementos metálicos (tornillos, pernos etc.) que garanticen el funcionamiento integral de la sección. En general las columnas de madera son de sección rectangular, sin embargo se pueden usar otras secciones y considerar esa sección, y el momento de inercia para el cálculo respectivo. Los entramados, muros, son conjuntos de columnas ( en general de sección pequeña) llamados comúnmente pies-derechos, unidos en sus extremos por soleras, (superior e inferior) y arriostrados por elementos horizontales generalmente a media altura; el revestimiento, cualquiera que fuere, no se considera colaborante para cargas verticales. El revestimiento es la parte resistente para cargas horizontales: viento y/o sismo. Los entramados (muros, tabiques) deben diseñarse para la combinación de cargas verticales mas cargas horizontales, por ejemplo las de viento perpendicular al plano del entramado, en ese caso los pies-derechos están solicitados a flexo-compresión y deben diseñarse para esa condición de cargas. El diseño de elementos de madera sometidos a compresión o flexo-compresión está controlado por: resistencia, combinación de resistencia y estabilidad, o simplemente estabilidad y en consecuencia se tienen columnas: cortas, intermedia y largas. Las columnas deben diseñarse con su longitud efectiva y ésta es la longitud teórica de una columna doblemente articulada. La longitud efectiva interviene en la determinación de la carga máxima por pandeo (flambeo) que puede soportar la columna. La longitud efectiva se calcula restricciones o grado de empotramiento de los extremos. Pueden usarse los valores de la tabla 9.1 que se incluye. No obstante el diseñador debe evaluar las restricciones reales que los apoyos proporcionan a la columna en cada caso en particular. En los entramados los pies-derechos están arriostrados por elementos horizontales, normalmente a media altura, según se muestra en la Tabla 9.1 en ese caso deben considerarse dos longitudes efectivas según se indica. En algunos casos el revestimiento del entramado está unido a los pies-derechos en toda su altura y como consecuencia el pandeo en el plano no tiene lugar, el pandeo ocurrirá fuera del plano y la carga se calculará para la longitud efectiva fuera del plano. NEC-10 PARTE 7-26
  • Estructuras de madera 5.2 ESBELTEZ La relación de la longitud efectiva de la columna para la dimensión de la sección transversal considerada se denomina esbeltez. Para secciones rectangulares las esbelteces se ilustran en la Tabla 9.2. NEC-10 PARTE 7-27
  • Estructuras de madera TABLA 9.2. ESFUERZOS MAXIMOS ADMISIBLES Compresión Paralela fc// Tracción Paralela ft Flexión fm Grupo M Pa Kg/cm² M Pa Kg/cm² M Pa Kg/cm² A 14.5 145 14.5 145 21.0 210 B 11.0 110 10.5 105 15.0 150 C 8.0 80 7.5 75 10.0 100 En entramados puede considerarse un incremento del 10 % a estos valores. Para entramados las esbelteces son diferentes en las dos direcciones en concordancia con la figura 9.1 y por lo tanto se tienen cargas admisibles diferentes, la menor de ellas corresponde a la mayor esbeltez. 5.3 CLASIFICACIÓN DE LAS COLUMNAS Las columnas se clasifican en: corta, intermedias, y largas según su esbeltez: a) Columnas cortas b) Columnas intermedias c) Columnas largas No se recomienda, en columnas de madera, esbelteces mayores a 50. 5.4 ESFUERZOS ADMISIBLES Los esfuerzos admisibles máximos que deben usarse para el diseño de elementos solicitados a compresión y flexo-compresión se indican en la Tabla 9.2. TABLA 9.2. ESFUERZOS MAXIMOS ADMISIBLES Grupo A B C Compresión Paralela fc M Pa Kg/cm² 14.5 145 11.0 110 8.0 80 Tracción Paralela ft M Pa Kg/cm² 14.5 145 10.5 105 7.5 75 Flexión fm M Pa Kg/cm² 21.0 210 15.0 150 10.0 100 En entramados puede considerarse un incremento del 10% a estos valores. 5.5 MÓDULO DE ELASTICIDAD En la tabla siguiente (9.3) se incluyen los valores del Modulo de Elasticidad0: Emin. Para usarse en columnas (individuales) y E.prom. Para usarse en entramados. NEC-10 PARTE 7-28
  • Estructuras de madera TABLA 9.3. MODULO DE ELASTICIDAD Columnas E mínimo Entramados E promedio Grupo M Pa G Pa Kg/cm² M Pa G Pa Kg/cm² A 9500 9.5 95,000 13000 13 130,000 B 7500 7.5 75,000 10000 10 100,000 C 5500 5.5 55,000 9000 9 90,000 Los elementos sometidos a cargas axiales de compresión deben diseñarse sin considerar una excentricidad mínima, si se utilizan las ecuaciones siguientes: Columnas cortas: Las columnas cortas ( < 10) fallan por compresión o aplastamiento. Su carga admisible puede calcularse como: En donde: A = área de la sección transversal fc = esfuerzo máximo admisible de compresión paralela a las fibras (Tabla 9.2) Nadm = carga axial máxima admisible. Columnas Intermedias: Las columnas intermedias (10 < < Ck) fallan por una combinación de aplastamiento e inestabilidad lateral (pandeo). Su carga admisible puede estimarse como: En donde: = relación de esbeltez (considerar solo lo mayor) Ck = 0.7025 (para secciones rectangulares) E=módulo de elasticidad (Tabla 9.3) Columnas Largas: La carga admisible de columnas largas (Ck < estabilidad. < 50) se determina por consideraciones de Considerando una adecuada seguridad al pandeo la carga crítica Ncr según la teoría de Euler se reduce a: NEC-10 PARTE 7-29
  • Estructuras de madera 5.6 ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXOCOMPRESIÓN Cuando existe flexión y compresión combinadas, los flectores se amplifican por acción de las cargas axiales. Se multiplicará el momento flector máximo por: NEC-10 PARTE 7-30
  • Estructuras de madera 5.7 ELEMENTOS SOMETIDOS FLEXOTRACCIÓN CAPÍTULO 6 6. MUROS DE CORTE Son entramados compuestos por pies derechos, solera superior e inferior y travesaños rigidizantes. Estos paneles o muros de corte, están revestidos por diferentes materiales en las dos caras generalmente, logrando dar una buena rigidez y por tanto resistencia a las fuerzas horizontales en su plano que producen esfuerzos de corte, de ahí su nombre. Su resistencia varía de acuerdo al tipo de recubrimiento y material usado. Como es de suponer, estos muros especialmente se usan como paredes o tabiques que actúan en buena forma ante cargas sísmicas o de viento, y también de caras verticales. Su comportamiento ha sido tradicionalmente bueno en las construcciones en nuestros países, denominándose de diferente forma en casa lugar, como por ejemplo si es de carrizo o bambú chancado y revestido por barro, se lo llama Bahareque o Quincha. En otros países los revisten con tableros de madera terciada, entablados o enlucidos. NEC-10 PARTE 7-31
  • Estructuras de madera Normalmente se deberán tomar todas las precauciones para su uso, y su protección para cada finalidad. Mayor información se consigna en el Manual y se resumen varios tipos de muros con su resistencia característica que son resultados de muchos ensayos realizados en los 5 países del Pacto Andino y se recomienda su uso como base para el diseño de una edificación. El Diseñador si tiene informaciones adicionales verificadas, lo podrá usar bajo los mismos lineamientos que allí se consignan. NEC-10 PARTE 7-32
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  • Estructuras de madera Su análisis y diseño es muy semejante al de mampostería resistente y bajo las teorías elásticas, utilizando los esfuerzos característicos de la madera con la clasificación A, B o C del Manual. 6.1 REQUISITOS DE RESISTENCIA Y RIGIDEZ En una edificación, el conjunto de diafragmas y/o muros de corte, deberán diseñarse para resistir el 100% de la solicitación horizontal, sea de viento o sismo y deberá tomarse en cuenta los siguientes aspectos: a) Limitar los desplazamientos laterales para no dañar otros elementos de menor resistencia. b) Reducir la vibraciones de los muros y los pisos a límites aceptables para no afectar a los usuarios, y Los muros deberán ser elementos que arriostren a otros y entre sí de tal forma que se impida su pandeo lateral. En conjunto se deberá proporcionar muros de forma simétrica para evitar la torsión en planta. Hay detalles que deben ser tomados en cuenta para lograr una edificación segura, diseñando conexiones adecuadas entre muros, sujetos al piso en forma correcta, al igual que con los pisos o cubiertas que soportarán, con la finalidad de transmitir efectivamente el corte y otros esfuerzos que produzcan las cargas y solicitaciones consideradas. Por otro lado se deberá verificar la esbeltez perpendicular al plano del muro. En el Manual se especifica que si la relación de altura a longitud es mayor a dos, no se deberían considerar como muros resistentes. Las aberturas en los muros disminuyen considerablemente la resistencia, por lo que se deberá reforzar en su contorno. Por último tanto la definición de las solicitaciones de viento y sismo, así como los desplazamientos o derivas, se someterán a lo especificado en este Código en su capítulo correspondiente. 6.2 VERIFICACIÓN DE LA CAPACIDAD DE MUROS PARA CARGA LATERAL Es importante la verificación de la capacidad de resistencia de los muros que debe ser mayor a la demanda en cada dirección. Para la estructuración de una edificación, existen recomendaciones en el Manual, para muros espaciados a no más de 4 metros y uniformes, considerando rigideces similares entre ellos, proporcionales a su área de influencia. Es importante señalar que estas recomendaciones son aplicables a edificaciones relativamente pequeñas, de uno o dos pisos, que resisten toda la carga lateral por medio de muros de corte. En caso de que no se tengas estas condiciones, se deberá hacer un análisis detallado de la distribución de fuerzas cortantes, considerando la flexibilidad de los diafragmas horizontales. V resistente > V actuante, Donde: V resistente: fuerza cortante total de todos aquellos muros considerados como resistentes en una dirección determinada, y V actuante: fuerza cortante total para el piso y la dirección considerada. La fuerza actuante será la que se recomiende el C.E.C y su capítulo correspondiente. NEC-10 PARTE 7-43
  • Estructuras de madera En el Manual se da un método para determinar la fuerza sísmica de la siguiente manera: la Fuerza cortante debida al sismo puede evaluarse por la multiplicación de los coeficientes consignados en la Tabla 10.9 por el área techada. El área depende de si la estructura es de uno o dos pisos. Ver Figura 10.5 del manual. V actuante sismo = coef. Tabla 10.9 x Área Techada De igual manera para cargas de viento, que podrán ser utilizados para diseño de construcciones menores. Fuerza cortante de viento será igual al coeficiente consignado en la tabla 10.10 multiplicado por el área proyectada sobre un plano perpendicular a la dirección del viento. V actuante = coef. Tabla 10,10 x Área Proyectada NEC-10 PARTE 7-44
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  • Estructuras de madera CAPÍTULO 7 7. CONSIDERACIONES DE DISEÑO SÍSMICO 7.1 Generalidades El Ecuador ha utilizado las edificaciones en madera como las más eficaces para resistir los sismos, como ejemplo podemos citar las viviendas en madera de la costa y las de Bahareque en la sierra que históricamente han sido sometidas a un largo listado de terremotos, con buenos resultados, por el bajo peso, flexibilidad en su conjunto, el amortiguamiento y la ductilidad que presentan, ante un sismo, permitiendo una gran disipación de la energía mediante deformaciones que se producen por movimientos locales en uniones clavadas o atornilladas, que permiten aceptar daños en elementos no estructurales, sin afectar mayormente su estructura. Estas características también permiten reparaciones rápidas y fáciles de ejecutarlas, al contrario de otros materiales. Generalmente los daños por efectos sísmicos en estructuras de madera, son atribuibles a dos causas importantes: - La madera se degrada por efectos climáticos o por ataque de insectos o xilófagos. Esto se puede evitar por medio de tratamientos de preservación adecuados o por aislamiento de los agentes en forma eficaz, especialmente a estructuras en contacto con el suelo. - Las estructuras de madera se han visto afectadas por los sismos, por conexiones inadecuadas entre elementos. Es muy importante el diseño y detalla miento eficaz para proporcionar la capacidad suficiente de transmitir esfuerzos. Adicionalmente entra en este aspecto el deficiente anclaje de la estructura con la cimentación. 7.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO En edificaciones de madera, considerando que es la unión de muchos elementos que actúan entre sí, su flexibilidad y la forma de transmisión de las cargas horizontales a la estructura (sismo o viento), es importante como resistir estas cargas, y la mejor forma es con muros de corte que no son sino paredes situadas convenientemente y paralelas a la dirección actuante considerada. Estos elementos están constituidos por entramados de pies derechos o viguetas, con elementos perimetrales y riostras o rigidizadores intermedios, y por algún tipo de revestimiento. Ver figs. 10.1 y 10.2 del manual. El comportamiento interno de un muro es complejo y depende de uniones clavadas entre elementos, unidos a un revestimiento que en definitiva es el que resistirá la fuerza horizontal. El entramado además generalmente está sometido también a fuerzas verticales y de flexión. El diseño de estos muros está regido generalmente por las cargas verticales antes que las horizontales. Los muros resistentes o de corte, se tratan en el capítulo 10 del Manual de Diseño, donde se publican varios tipos de muros que se pueden usar y que han sido probados en ensayos teniendo valores de esta resistencia por unidad de longitud de muro o la rigidez de cada uno por unidad de longitud. El análisis se torna nuevamente elástico y estático a fin de considerar la verdadera resistencia de cada elemento de la estructura. Los métodos serán los apropiados de acuerdo a la estructuración de la edificación y se lo realizará como lo exige la práctica usual. De igual manera el diseño se ceñirá a las normas de este código y Manual, utilizando la madera del grupo A, B o C consignada en el manual de acuerdo a su densidad básica. En el Manual existen ejemplos y ayudas de diseño. Ver Manual, DETALLES CONSTRUCTIVOS 5, y PROTECCION POR DISEÑO 6.5. NEC-10 PARTE 7-46
  • Estructuras de madera CAPÍTULO 8 8. ARMADURAS Las armaduras de madera han sido utilizadas desde mucho tiempo atrás en cubiertas de: viviendas, edificaciones religiosas, en naves industriales e inclusive puentes. La principal ventaja de las armaduras de madera radica en que los elementos que las conforman están solicitados a cargas axiales y en algunos casos a momentos flectores, acciones a las que la madera ha demostrado ser eficiente. En la solución de cubiertas o techados las armaduras de madera permiten cubrir luces mayores que si se usan vigas y/o viguetas, evitando apoyos intermedios: columnas o paneles portantes interiores con más flexibilidad en el diseño arquitectónico. El relativo poco peso, con relación a otros sistemas, las hace ventajosas durante el montaje. En las armaduras es posible utilizar elementos de longitudes cortas que en el mercado, en general son de menor precio. El diseño inicial debe considerar dos aspectos: a) La forma exterior o contorno como solución arquitectónica relativo a la luz y altura, o su pendiente, b) La distribución interna de los elementos (barras) debe tener en cuenta la máxima longitud recomendable y la necesidad de la triangulación para transmitir las cargas a los apoyos. La ubicación y número de las correas, que reciben el material de la cobertura, debe tener presente la ubicación de los nudos en la cuerda superior, ello condiciona el número de vanos. La forma o contorno exterior depende del tipo de material de cobertura, el diseño arquitectónico y la luz a cubrir. Para evitar momentos flectores, en la cuerda superior, la ubicación de los nudos debe ser coherente con la posición, espaciamiento, de las correas. La Pendiente de una armadura se define como la inclinación de la cuerda superior o lo que es lo mismo en ángulo que hace ésta con la cuerda inferior y se expresa como una fracción según se ve en la figura. 8.1. CÁLCULO Las armaduras se calculan con los métodos tradicionales de la mecánica. Los Elementos concurren en un punto y forman triángulos; los elementos se calculan para resistir tracción o compresión y eventualmente flexión y compresión (flexo-compresión). No se considera la restricción (empotramiento) que ocasiona la unión de los elementos en los nudos. Las cargas que actúan en la cuerda superior, son: peso propio, cargas de montaje, carga viva, ceniza, granizo y viento, estas cargas son transmitidas por las correas. En la cuerda inferior ocasionalmente existe carga de cielo raso. El espaciamiento más económico depende del costo relativo de las armaduras, las correas y el material de cobertura. Es conveniente usar el mayor espaciamiento de las armaduras, en la práctica es igual a la máxima luz que cubren las correas disponibles. NEC-10 PARTE 7-47
  • Estructuras de madera La configuración de los elementos internos debe ser tal que permita reducir el número de uniones por el costo de mano de obra. Debe, además, tenerse en cuenta la esbeltez de los elementos comprimidos, a mayor esbeltez se reduce significativamente la capacidad del elemento. La flexión en las cuerdas superiores - por carga en los tramos - no debe ser excesiva ya que el flexo-compresión le resta eficiencia al elemento considerado. El ángulo interno entre las cuerdas y entre éstas y los elementos no debe ser muy pequeño porque resulta en solicitaciones grandes en las barras y requiere uniones reforzadas. 8.2. CONFIGUARACIÓN DE LOS ELEMENTOS El tipo y configuración de los elementos esta condicionado por las cargas y la luz de la armadura; en general para cargas ligeras conviene elementos individuales (únicos) que se unen en los nudos con carteleras de madera sólida, terciada o laminada, etc. y en algunos casos metálicas. Con cargas de mayor magnitud es conveniente usar elementos formados por dos piezas que se separen por los montantes, diagonales o viceversa, en ese caso pueden evitarse las cartelas en las uniones. Adicionalmente un elemento compuesto por dos piezas mejora su desempeño a compresión si se usan uniones como separadores a distancias intermedias a lo largo del elemento. 8.3. TIPOS DE UNIONES En el diseño y la construcción de los nudos se pueden usar varias soluciones: clavos, pernos, cartelas de madera sólida o contrachapada placas metálicas, etc. En la bibliografía especializada se encuentran sugerencias sobre el tema. 8.4. CARGAS Las armaduras deben diseñarse para resistir las cargas según el uso de la misma, en ocasiones se debe tener presente las cargas ocasionales debido al montaje. Si la cuerda inferior recibe la carga del cielo raso se debe incluir en el diseño una carga mínima de 30 Kg/m². 8.5. DEFLEXIONES Las armaduras, con las cargas de diseño actuando, deben cumplir las máximas deflexiones recomendadas, por ejemplo si hay cielo raso de yeso o material similar, la deflexión máxima no debe exceder al valor de la luz/300. En cualquier caso será responsabilidad del proyectista fijar las deflexiones máximas según el uso. De ser necesaria una contra flecha y se recomienda un valor del orden de 1/300. El cálculo de las deflexiones de las armaduras se basará en los métodos de análisis habituales en la buena práctica de la ingeniería. Estas son deflexiones elásticas correspondientes al cálculo por métodos de trabajos virtuales que suponen las uniones como articulaciones perfectas e indeformables. Sin embargo, en armaduras de madera, los nudos empernados o clavados se deforman, contribuyendo a incrementar la deformación final. Además todas las deformaciones crecen con el tiempo debido a cambios en el contenido de la humedad de la madera. Estas consideraciones deben tomarse en cuenta al verificar la tolerancia de deformaciones (Ver Parte II: COMENTARIOS). En el caso de que el espaciamiento entre armaduras sea igual o menor que 60 cm se recomienda considerar como módulo de elasticidad el Epromedio, en caso contrario, se deberá considerar el módulo de elasticidad mínimo Emín. En las armaduras ligeras generalmente no se considera la contraflecha, pero si por una razón específica, es necesaria, se recomienda que sea del orden de 1/300 de la luz de la armadura. NEC-10 PARTE 7-48
  • Estructuras de madera Figura 11.3. Uniones NEC-10 PARTE 7-49
  • Estructuras de madera Figura 11.3. Uniones. (Continúa) NEC-10 PARTE 7-50
  • Estructuras de madera 8.6. CRITERIOS DE DISEÑO Las cargas admisibles de los elementos se determinarán considerándolos como columnas según las recomendaciones del Cap.9. Los elementos sometidos a la acción de las fuerzas axiales y de flexión, deben ser diseñados a flexo-compresión o flexo-tracción según el sentido de la fuerza axial (Cap.9, Secc. 9.8 y 9.9). Material.- Es recomendable el uso de maderas del grupo C, pues debido a su baja densidad son fáciles de clavar y livianas para su montaje. Maderas de otras especies de grupos más densos pueden usarse también con uniones ensambladas y/o empernadas. Dimensiones Mínimas.- Las secciones de los elementos no deben ser menores de 6.5 cm de peralte y 4 cm de ancho (dimensiones reales secas), a menos que se usen cuerdas de elementos múltiples, en cuyo caso pueden considerarse anchos más pequeños. Los elementos de unión deben cumplir con los requisitos que se presentan en el Cap. 12 (Secc. 12.2). Se recomienda que en el caso de usar cartelas de madera contrachapada, ésta sea de un espesor no menor a 10 mm. De preferencia la densidad básica de la madera de las chapas debe ser mayor de 0.4 para permitir a los clavos desarrollar sus cargas de trabajo sin aplastar rápidamente la cartela. Si no se dispone de manera contrachapada de calidad estructural (fabricada con colas resistente a la humedad) las cartelas de madera sólida son más recomendables. Esfuerzos Admisibles y Módulo de Elasticidad.- En caso de que el espaciamiento entre armaduras sea de 60 cm o menos, los esfuerzos admisibles pueden ser incrementados en 10% y se puede usar el módulo de elasticidad promedio, Eprom. En caso contrario, se considerarán los esfuerzos admisibles sin ningún incremento y el módulo de elasticidad mínimo, Emín. 8.7. HIPÓTESIS USUALES Los elementos que constituyen las armaduras pueden ser considerados rectos de sección transversal uniforme, homogéneos y perfectamente ensamblados en las uniones. Las cargas de la cobertura se transmiten a través de las correas. Estas a su vez pueden descansar directamente en los nudos o en los tramos entre nudos de la cuerda superior originando momentos flectores en estos elementos. Las fuerzas axiales en las barras de la armadura pueden calcularse suponiendo las cargas aplicadas directamente en los nudos. Cuando éste no sea el caso, se podrá reemplazar la acción de las cargas repartidas por su efecto equivalente en cada nudo. Basta con suponer las cuerdas simplemente apoyadas en los nudos donde se desea concentrar su acción. En las bridas o cuerdas superior e inferior los efectos de flexión debidos a las cargas en el tramo se superpondrán a las fuerzas axiales de tracción o compresión para diseñar los elementos como viga-columna. 8.8. LONGITUD EFECTIVA La longitud efectiva de los distintos elementos de una armadura se determinará según lo estipulado en la Tabla 11.1 y las Figuras 11.4 y 11.5. Para las cuerdas o bridas superior e inferior deberán considerarse tanto la longitud efectiva fuera del plano como en el mismo plano de la armadura. Por lo general, estas dos longitudes efectivas son diferentes, ya que las condiciones de arriostramiento en ambas direcciones o planos son distintas. NEC-10 PARTE 7-51
  • Estructuras de madera NEC-10 PARTE 7-52
  • Estructuras de madera 8.9. ESBELTEZ El valor máximo de la relación de esbeltez (1ef/d) en el diseño de elementos sometidos a cargas axiales de compresión o tracción será de 50 y 80 respectivamente. En el caso de las cuerdas sometidas a compresión, se considerarán dos relaciones de esbeltez: una en el plano de la armadura y otra fuera del mismo. En el plano, la dimensión resistente al pandeo será el peralte o alto de la cuerda, h. fuera del plano lo será el ancho de la escuadría, b si se trata de una sección única de madera sólida. Cuando se trata de cuerdas con más de escuadría (elementos compuestos o múltiples) el ancho equivalente para el pandeo dependerá de la forma NEC-10 PARTE 7-53
  • Estructuras de madera de conexión de los elementos múltiples y de sus espaciadores. (Ver Secc. 11.9). El diseño debe hacerse en función de la mayor relación de esbeltez que se presente, considerando a su vez la longitud efectiva en cada dirección. (Fig. 11.4). 8.10. CUERDAS CON CARGA EN EL TRAMO Estos elementos deben diseñarse a flexo- compresión. Las cargas axiales son las obtenidas del análisis primario con cargas concentradas en los nudos y los momentos flectores determinados como se indica a continuación. Los momentos de flexión generados por las cargas aplicadas en las cuerdas pueden ser determinados suponiendo que las cuerdas se comportan como vigas continuas apoyadas en los extremos de las diagonales o montantes. Para los casos que se ilustran pueden usarse las fórmulas de la Tabla 11.2 (6), donde w es la carga repartida por unidad de longitud. Ver Figura 11.6. 8.11. ESTABILIDAD Y ARRIOSTRAMIENTO Para garantizar que las armaduras puedan desarrollar toda su capacidad de diseño es necesario que sus apoyos y arriostres sean adecuados. En las Figuras 11.7 y 11.8 se presentan algunas soluciones de apoyo de armaduras sobre muros de madera y otros materiales. NEC-10 PARTE 7-54
  • Estructuras de madera NEC-10 PARTE 7-55
  • Estructuras de madera El arriostramiento es necesario no solamente para permitir a las armaduras desarrollar toda su capacidad de diseño, sino para impedir una falla conjunta por inestabilidad. Esta puede presentarse cuando las armaduras de los extremos no encuentran puntos fijos exteriores donde transferir las cargas fuera de su plano. Para garantizar un adecuado comportamiento de las armaduras, tanto local como global, es recomendable la colocación de arriostres en los siguientes planos. Cuerda Superior.- En el plano definido por las cuerdas superiores la colocación de arriostres es necesaria porque esta zona, en cada una de las armaduras, está sometida a fuerzas de compresión, dando origen a una tendencia al pandeo que es indispensable restringir. Si sobre las armaduras se coloca un entablado o cobertura similar a base de tableros es decir elementos que están debidamente unidos a las armaduras a todo lo largo de la cuerda superior- no será necesario un sistema de arriostramiento adicional, ya que este revestimiento constituye un diafragma rígido que resiste el movimiento lateral. Cuando se colocan que soportan a su vez la cobertura, éstas proveen arriostramiento longitudinal siempre y cuando estén adecuadamente unidas a la cuerda superior. Su espacio máximo debe ser tal que la esbeltez resultante fuera del plano sea menor o igual a la esbeltez en el plano, que es generalmente la usada en el diseño de los elementos de la cuerda (Secc. 11.5.3). Del o contrario estas piezas desarrollarán una carga menor que la de diseño reduciendo su seguridad al pandeo. NEC-10 PARTE 7-56
  • Estructuras de madera Adicionalmente debe colocarse un sistema de arriostre diagonal que impida el pandeo de todas las armaduras al mismo tiempo. Esto puede suceder, a pesar de la presencia de las correas, ya que éstas restringen el movimiento de una armadura con respecto a la otra, pero no impiden por sí solas el movimiento del conjunto. Este arriostramiento diagonal se logra con riostras colocadas debajo de la cuerda superior, definiendo una zona o paño rígido debidamente triangulado (Fig. 11.9). El arriostramiento debe colocarse en ambos extremos del techado, y cuando la edificación mide más de 18 m de largo debe repetirse cada 6 m. Las piezas deben tener un ancho mínimo de 4 cm para los espaciamientos usuales de armaduras (80 cm a 1 m). Cuerda Inferior.- Para tener el espaciamiento de las cuerdas inferiores es conveniente la colocación de riostras longitudinales continuas espaciadas a cada 2.4 a 3 m (Fig. 11.10). Estas riostras deben extenderse a todo lo largo de la edificación, aseguradas debidamente a la cuerda inferior. Adicionalmente y para dar estabilidad global a este sistema longitudinal se debe colocar un arriostramiento diagonal en ambos extremos. Cuando la edificación es larga estas riostras diagonales deben repetirse cada 6m. Línea de Cumbreras.- En el plano vertical definido por la línea de cumbreras es recomendable la colocación de un sistema de arriostres diagonales en forma de cruz de San Andrés (dobles diagonales cruzadas) espaciadas a cada 6m o al doble del largo horizontal de las diagonales. (Fig. 11.10). NEC-10 PARTE 7-57
  • Estructuras de madera CAPÍTULO 9 9. UNIONES 9.1 Antecedentes En uniones o conexiones de elementos metálicos, por ejemplo acero, se usan pernos, remaches, y pasadores, el cálculo y diseño supone una distribución uniforme de la carga de los elementos sometidos a corte directo (remaches, pernos, o pasadores). Los ensayos de laboratorio determinan que las fallas son de tracción y/o compresión en los elementos que forman la unión. La falla en los remaches, pernos o pasadores es por corte directo, supuesto que éste esfuerzo es uniformemente distribuida en todas las secciones solicitadas a este esfuerzo. Las uniones de elementos de madera, con clavos o pernos, no se comportan como se describió anteriormente, al aplicar la carga, los clavos o pernos no se cortan, por obvia razón que la madera no tiene la misma resistencia que el acero para hacerlos fallar en corte directo, en la uniones de madera los clavos o pernos se doblan, flexionan, en forma propia de cada unión. Con este antecedente el diseño de uniones con elementos de madera, con clavos o pernos, se sustenta en los resultados experimentales realizados en muchos Laboratorios. Adicionalmente la resistencia de uniones de madera se relaciona según si los elementos que la componen recibe la carga en el sentido paralelo o perpendicular a las fibras. La carga asignada a cada clavo (de caña lisa) es función de su diámetro y longitud y tiene en cuenta la densidad de las piezas de madera que se unen. Una situación similar ocurre en las uniones con los pernos, la carga asignada a cada perno es función de la relación longitud/diámetro y de la densidad de la madera. Por lo enunciado se considera adecuado seguir las recomendaciones que constan en la bibliografía especializada por estar, en general respaldada en investigaciones sobre el tema. e de la información sugerida es el resultado de ensayos realizados por el PADT- REFORT con maderas de la Subregión. Además de resultados de investigaciones en otros países, que constan en publicaciones especializadas. NEC-10 PARTE 7-58
  • Estructuras de madera ANEXO 1 SECADO DE LA MADERA Madera estructural La madera estructural soporta algún tipo de esfuerzo en una construcción, es decir, forma la parte resistente de ciertos componentes, como: muros, paredes, pié derechos, columnas, vigas, pisos, techos y otros. Este material reúne las siguientes condiciones: a) debe ser material clasificado como de calidad estructural; b) debe provenir de especies maderables correspondientes a cualquiera de los tres Grupos Estructurales (A, B o C), en que se la ha clasificado destinada a estos fines; c) deben ser piezas de madera dimensionadas de acuerdo a las secciones más usuales; d) conviene que las construcciones se las efectúe con madera seca; e) la madera estructural debe ser de buena durabilidad natural, o, en su defecto, debe ser preservada adecuadamente. Influencia de la humedad en la madera El contenido de humedad es un factor muy importante en el uso de la madera, puesto que de él depende una buena parte de sus propiedades físicas y mecánicas y su estabilidad dimensional cuando se halla en servicio, así como su resistencia al ataque de hongos e insectos y su mayor o menor facilidad para ser trabajada. Variación del porcentaje de humedad En madera verde, la humedad de la madera varía del 30 al 200 % o más. Normalmente, la albura contiene más humedad que el duramen, pero el duramen de algunas frondosas es también muy húmedo. Variación del porcentaje de humedad en madera secada al aire Se debe a factores, tales como: diferencia de las condiciones climáticas, al tiempo de su apilamiento, a la posición de la pila y a la especie maderable. Contenido de humedad de madera almacenada La madera almacenada llega a tener normalmente un contenido de humedad uniforme, o sea que las piezas de mayor contenido disminuyen, mientras que las que están más secas aumentan. Contenido de humedad de la madera en servicio La madera en servicio presenta variaciones de contenido de humedad causadas por los cambios climáticos a los que está expuesta. Contenido de humedad El contenido de humedad en una pieza de madera, es la relación que existe entre el peso del agua que contiene y su peso en estado seco (anhidro), expresado en porcentaje. Para su cálculo se utiliza la siguiente fórmula: P.V - P.S. C.H.% = ------------- x 100 P.S. Donde: C.H. = Contenido de humedad de la madera, en porcentaje. NEC-10 PARTE 7-59
  • Estructuras de madera P.V. = Peso de la madera en estado verde o peso inicial, en gramos. P.S. = Peso de la madera seco el horno o anhidro, en gramos. Humedad de la madera en estado verde Cuando la madera contiene agua en dos formas: agua libre y agua ligada o higroscópica, se dice que se halla en estado verde. Esta es la condición de las trozas o de una madera recién cortada. En una madera en estado verde, proveniente de árboles recién cortados, la humedad puede variar desde aproximadamente 35 % hasta más del 200 %. Punto de saturación de las fibras La humedad de la madera en estado verde se presenta de dos maneras: 1) en las cavidades celulares y 2) en las paredes celulares. Al secarse la madera, las cavidades celulares se pierden el agua libre antes que la de las paredes celulares. Cuando las células están vacías y las paredes celulares se hallan saturadas de agua higroscópica, es que la madera ha llegado al denominado ad. A partir de este porcentaje, empiezan a aparecer los defectos que suele presentar la madera. Detectores eléctricos para medir la humedad de la madera Estos aparatos, denominados también higrómetros, sirven para medir de manera rápida y fácil la humedad de una madera y se lo emplea con éxito para el control en las industrias madereras. Si al artefacto se lo emplea correctamente, es una excelente ayuda para el industrial y para el constructor con madera Contenido de humedad de equilibrio de la madera Es el contenido de humedad que una madera alcanzará si se la deja indefinidamente bajo condiciones de temperatura y humedad relativa constantes. Por ser la madera higroscópica, trata siempre de alcanzar el contenido de humedad de equilibrio (C.H.E.) del sitio o zona donde se encuentre en servicio. Densidad y peso de la madera La densidad es una de las características de la madera que sirve de guía para conocer su mayor o menor resistencia. Cuanto más densa o dura es una madera, tanto más difícil es secarla. A un mismo contenido de humedad, las maderas de mayor densidad (densidad básica) requieren de mayor tiempo para secarse y llegar a su contenido de humedad de equilibrio. Recomendaciones para ponerla a una madera en servicio: 1.- Si no se sabe de antemano en qué localidad va a ser empleada una determinada madera, la misma deberá ser secada hasta un porcentaje de humedad menor al contenido de humedad de equilibrio que registre esa zona. 2.- Prácticamente, toda madera que vaya a ser empleada en interiores, como: pisos, revestimientos, muebles, se aconseja secarla al horno. 3.- La madera secada al aire, es apropiada para ser utilizada en elementos en los que las variaciones dimensionales no sean importantes. 4.- La madera verde debe limitarse a ser empleada donde se mantenga un alto grado de humedad, o donde la contracción hubiera sido considerada al momento de realizar el proyecto de una construcción. Secado de la madera al aire Se lo lleva a cabo exponiendo la madera aserrada al aire libre en un patio de secado. Este proceso se desarrolla normalmente, excepto cuando la humedad relativa del ambiente es demasiado alta. NEC-10 PARTE 7-60
  • Estructuras de madera El secado al aire libre es la forma más sencilla y barata. El objeto de secar al aire libre es llegar al menor contenido de humedad que permita las condiciones climáticas de una determinada localidad. Defectos del secado Entre los defectos del secado, constan los siguientes: reventazón; colapso; rajaduras; grietas superficiales; alabeos, entre los que se encuentran: el acanalamiento o abarquillado, la arqueadura, la encorvadura y la torcedura o revirado. Secado artificial de la madera El secado artificial de la madera se lo lleva a cabo, básicamente, por las siguientes razones: para reducir su peso y los gastos que implica el transporte; evita la mancha azul de la madera, las manchas producidas por hongos xilófagos (propios de la madera) y también evita el ataque de insectos. NEC-10 PARTE 7-61
  • Estructuras de madera ANEXO 2 PRESERVACIÓN DE LA MADERA Agentes destructores de la madera a) Hongos xilófagos Son aquellos capaces de desintegrar las paredes celulares, y por lo tanto, sus características físicas, químicas y mecánicas, ocasionando la pudrición de la madera, que generalmente viene en forma de trozas, postes, tablas, tablones, etc. b) La mancha azul No ataca directamente las paredes celulares, no es en sí una pudrición; sin embargo, puede ser el inicio de una pudrición verdadera. La mancha azul o azulado como también se la conoce, presupone la presencia de agua o humedad mayor al 24 %. Pudrición Todas las maderas están expuestas a sufrir el ataque de agentes destructivos (hongos xilófagos) antes o después de su utilización, ya que la infección puede producirse cuando la madera se encuentra en forma de trozas, tablas, leña, etc., almacenada para su transporte o industrialización. Durabilidad natural La madera como todo material orgánico, está sujeta a destrucción por diversos agentes, influenciados éstos a su vez por numerosos factores de variada índole. La durabilidad o resistencia natural de la madera es una característica que varía en función de la especie, clima, suelo, uso. Durabilidad natural y tratabilidad de la madera A fin de determinar la relación que existe entre la durabilidad natural y la tratabilidad de una madera, se han establecido 5 categorías, las cuales se basan en porcentajes de pérdidas de peso por la acción de los hongos. Las 5 categorías de durabilidad establecidas, son las siguientes: 1) altamente resistentes, 2) resistentes, 3) moderadamente resistentes, 4) muy poco resistentes, y 5) no resistentes Insectos xilófagos Existe un sinnúmero de variedades de insectos xilófagos, que en forma, casi exclusiva, atacan la madera. Hacen perforaciones, especialmente en la albura, porque el duramen tiene una resistencia mayor al ataque y a la penetración. Las perforaciones producidas contribuyen a acelerar el proceso de pudrición ocasionado por esta clase de hongos. En la mayoría de construcciones en que interviene la madera como material estructural; con mucha frecuencia se han tenido que cambiar vigas, columnas, pisos, etc., debido, precisamente, a los daños ocasionados por los insectos xilófagos. Preservantes para la madera Son sustancias químicas que al aplicarlas adecuadamente en la madera, la hacen resistente al ataque de hongos, insectos y otros agentes de deterioro. La protección se consigue haciendo que la madera se torne venenosa y por lo tanto repelente a los diferentes agentes biológicos de deterioro. NEC-10 PARTE 7-62
  • Estructuras de madera Clasificación de los preservantes De acuerdo a su origen o naturaleza, los preservantes para madera se clasifican básicamente en: oleosolubles u orgánicos y los hidrosolubles o inorgánicos. Preservantes oleosolubles Son de gran toxicidad para los agentes biológicos, y presentan cualidades muy importantes, como: no son corrosivos, tienen gran poder de penetración y no son inflamables una vez que el solvente se ha evaporado. Preservantes hidrosolubles El agua presenta varias ventajas como solvente para los preservantes de madera; la mayor, es su bajo precio y su abundancia, así como la buena penetración en la madera y encontrarse libre de los peligros del fuego, y además, no es perjudicial para la salud. Entre los principales preservantes hidrosolubles, se pueden mencionar los siguientes: Sales de C.C.A. Es un compuesto de cobre, cromo y arsénico. Estas sales son las que predominan en el mercado mundial entre las sales hidrosolubles. Son muy eficaces en la protección de la madera en contacto directo con el suelo y bajo condiciones de mucha humedad. Sin embargo se debe tener presente su alta toxicidad para seres vivos. Ventajas: a) es tóxico para hongos e insectos; b) eventualmente puede tratarse madera en estado húmedo, c) el solvente (agua) es barato y no es inflamable, d) la madera puede recibir pintura después de tratada, e) su aplicación es bastante más rápida en relación a los preservantes oleosos. Últimamente, hay la tendencia de reemplazar el arsénico, por el boro (sales de CCB), porque se ha llegado a determinar, que aquel (arsénico), resulta nocivo para la salud humana. Secado de la madera a preservar La madera que va a ser destinada a tratamientos de preservación, a través de procedimientos, como: a presión, inmersión en frío, requiere de un previo secado hasta alcanzar el contenido de humedad de equilibrio, el que normalmente se encuentra entre el 11 y el 16 % en nuestro medio. Contenidos de humedad mayores al 20 % no son recomendables para este tipo de tratamientos. La práctica más usual para secar madera que se la destina a la construcción, como: postes, tablas, tablones, etc., consiste en armar pilas al aire libre, con dos objetivos fundamentales: 1) reducir al máximo los daños causados por hongos e insectos, y 2) para acelerar el proceso de reducción del contenido de humedad. Métodos de preservación de la madera Dependen de la durabilidad natural de las diversas especies maderables. Hay maderas muy durables, como la teca, el chanúl, que tienen elementos químicos que los protegen contra los agentes destructores por muchos años. Otras, de durabilidad mediana, como el cedro, el laurel, etc. Y, por último, otras que son susceptibles, como el sande, el pino. Métodos sin presión: De estos procedimientos, los más conocidos son aquellos en que se aplica el preservante con brocha, por aspersión, por inmersión, y por difusión. a) Con brocha y por aspersión. Mediante estos dos procedimientos, apenas una pequeña cantidad del líquido preservativo penetra en la madera. La ligera absorción que ocurre con este tipo de tratamientos, se debe, en NEC-10 PARTE 7-63
  • Estructuras de madera parte, a la resistencia natural de la madera a la penetración, pero también influye la escasa cantidad de preservante que realmente aprovecha. b) Inmersión prolongada Este tratamiento se hace en frío. Se lo emplea generalmente, para tratamientos de maderas que se las destina a la elaboración de ventanas, marcos de puerta, vigas y otros trabajos en que no se halle la madera en contacto directo con el suelo. El tratamiento consiste, en sumergir la madera por espacio mínimo de 24 horas, y un máximo de 48 horas, en que, prácticamente, ya no absorbe más. c) Inmersión momentánea La efectividad de este tipo de preservación, es muy limitada y no se recomienda para tratamientos de madera que luego estará en contacto directo con el suelo o expuesta a la intemperie. No obstante, dicho procedimiento se lo ha utilizado satisfactoriamente en tratamientos de ventanas, puertas, marcos y otros trabajos de carpintería. El tratamiento consiste en sumergir la madera dentro del producto preservativo por espacios de tiempo muy cortos, que van desde varios segundos hasta 10 a 15 minutos. Para ello, obviamente, la madera debe estar seca. d) Tratamiento por difusión Este tratamiento tiene como fundamento aprovechar el desplazamiento de la sabia a través de la madera. Para ello se utiliza madera rolliza, preferentemente de pequeño diámetro, recién cortada y descortezada. Uno de los extremos se lo sumerge en un preservante hidrosoluble. Se puede preparar una solución, mezclando 4 Kg de sales en 100 lt de agua. Métodos a presión Los métodos a presión que se utilizan para impregnar preservantes en la madera al interior de cilindros cerrados herméticamente; básicamente son dos: el de célula llena y el de célula vacía. Son, indudablemente, los más efectivos pero también los más costosos a) De célula llena o de Bethell Con este tratamiento se trata de retener en la madera la mayor cantidad posible del líquido preservativo, permitiendo de esta manera que se produzca una absorción máxima en el material tratado. b) De célula vacía Con este procedimiento se pretende recuperar parte de la solución inyectada a presión en la madera. Este método da buen resultado cuando se trata de lograr una penetración bastante profunda pero con una escasa absorción final del líquido preservativo. c) Método Boucherie Es un procedimiento de tratamiento de la madera basado en el reemplazo de la sabia por un preservante hidrosoluble, cuyos componentes tengan similar velocidad de difusión. Como condición principal se requiere que los elementos a tratarse se encuentren en estado verde, es decir, con un contenido de humedad de por lo menos el 30 %; debiéndose, eso sí, mantener la corteza durante el tratamiento. Para el funcionamiento del proceso, se requiere 1 atmósfera de presión, que se la consigue por diferencia de niveles a una altura de aproximadamente 10 metros. La madera rolliza, al momento del tratamiento se la coloca en posición inclinada, a fin de facilitar el desplazamiento del preservante a través de los sistemas de conducción de la sabia. Los elementos van sujetos en su NEC-10 PARTE 7-64
  • Estructuras de madera extremo superior, mediante un casquete de caucho. Productos caseros Existen varios productos caseros que utilizan ciertos madereros y constructores como preservantes de madera; entre los cuales, se encuentran: el aceite quemado, el diesel, incluso la gasolina, y otros, que suelen emplearlos con este fin, lo cual es una creencia totalmente equívoca; puesto que en la práctica, no causan efectos preservativos en la madera. Factores que influyen en la absorción y penetración del preservante El criterio más importante que debe ser considerado en un tratamiento de preservación, es la cantidad del inmunizante que absorbe la madera y la profundidad a la que penetra; también es necesario considerar, la buena distribución del preservante en toda el área tratada. La absorción o retención del preservante, se la mide, mediante la siguiente fórmula: P1 P0 Al = --------- x 1000 Vp C (P1 P0) As = ------------- x 10 Vp Donde: Al = Absorción líquida en lt/m3 As = Absorción sólida en Kg/m3 P0 = Peso antes del tratamiento en Kg P1 = Peso después del tratamiento en Kg Vp = Volumen de la pieza en m3 C = Concentración del preservante en % Cuadro referencial de escalas de absorción, destinado a la clasificación de las maderas: Tipo de absorción Pentaclorofenol ---------------------- -------------------- Absorción alta Absorción moderada + de 150 Kg/m3 Sales de CCA -----------------+ de 200 Kg/m3 101 a 150 Kg/m3 151 a 200 Kg/m3 Absorción pobre 51 a 100 Kg/m3 101 a 150 Kg/m3 Absorción nula - de - de 100 Kg/m3 50 Kg/m3 Penetración del preservante NEC-10 PARTE 7-65
  • Estructuras de madera La penetración del preservante en la madera se clasifica en 4 tipos: 1) penetración total; 2) penetración parcial periférica; 3) penetración parcial irregular, y 4) penetración nula. Clasificación de la madera por su tratamiento Está hecha en función de la absorción y tipo de penetración que se presenta en la madera tratada. En este sentido, se establecen 4 categorías de tratabilidad: 1) fácil de tratar; 2) moderadamente tratable; 3) difícil de tratar, y 4) imposible de tratar. Aspectos económicos de la preservación La preservación de la madera se torna viable siempre y cuando sea ventajosa desde el punto de vista económico. Es necesidad imperiosa que se preserve una madera que va a ponérsela en servicio, lo que contribuirá a aumentar, no solamente su vida útil sino también su resistencia y durabilidad. NEC-10 PARTE 7-66
  • Estructuras de madera ANEXO 3 CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO DE LA MADERA EN VARIAS LOCALIDADES DEL ECUADOR Por ser la madera higroscópica, siempre trata de alcanzar el contenido de humedad de equilibrio (C.H.E). El contenido de humedad de equilibrio de la madera, es la humedad que la madera alcanzará si se la deja indefinidamente bajo condiciones de temperatura y humedad relativa constante. Si una madera está completamente seca y se halla expuesta a un ambiente de humedad relativa y temperatura determinada, las moléculas o partículas de agua del medio ambiente penetran por los espacios existentes en su estructura y quedan retenidas en ellos; éste proceso continúa hasta que se produce un estado de equilibrio entre las partículas de agua que entran y salen de la madera. Este fenómeno llamado sorción es típico de sólidos con una estructura celular compleja, como es el caso de la madera. Si se mantiene constante la temperatura y varía la humedad relativa del aire, se obtendrá una serie de valores de humedad de la madera que corresponderán a los diferentes equilibrios que se van presentando según los valores cambiantes de la humedad relativa. El poder de higroscopicidad de la madera tiende a disminuir con la elevación de la temperatura. Existe un equilibrio entre el agua ligada, o sea, aquella que se halla pegada a las paredes celulares, y el estado higrotérmico (humedad relativa más temperatura) del medio ambiente, llamado equilibrio higroscópico de la madera. 1. Importancia de la humedad de equilibrio Para lograr la estabilidad dimensional de una madera, es necesario que su humedad sea igual a la humedad de equilibrio correspondiente a las condiciones de temperatura y humedad relativa del aire en el sitio donde se encuentra en servicio. En la práctica, una madera expuesta al aire libre, jamás permanece estabilizada a un determinado grado o contenido de humedad; pues, ella aumenta o disminuye según las variaciones de la temperatura y la humedad relativa del ambiente. A cualquier madera se la debería secar hasta un contenido de humedad que equivalga al valor promedio entre el valor mayor y el valor menor (mensuales) de la humedad de equilibrio de un sitio determinado; por ejemplo, consideremos a Tulcán: ésta ciudad presenta los siguientes valores extremos, 18,4 y 16,6 %, cuya media corresponde al 17,5 % de contenido de la humedad de equilibrio, porcentaje al que normalmente debería recomendarse secar la madera en dicha zona. En el secado al aire libre, la humedad de equilibrio indica la humedad límite a la que se puede llegar utilizando este método de secado; en cambio, en el secado al horno, en el que se pueden cambiar las condiciones de la cámara, se consigue sin problema que el porcentaje de humedad final de la madera puede descender aún más, debajo de la humedad de equilibrio. 2. Variaciones del contenido de humedad de equilibrio (C.H.E.) en diferentes localidades del Ecuador Mediante un cuadro, se presenta de todas y cada una de las provincias, un listado de 140 localidades del país con los datos de temperatura, humedad relativa y el correspondiente promedio anual del contenido de humedad de equilibrio de la madera: NEC-10 PARTE 7-67
  • Estructuras de madera MEDIA ANUAL DEL C.H.E. DE LA MADERA EN VARIAS LOCALIDADES DEL ECUADOR 1. Provincia del Carchi Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Tulcán 11,3 80,0 17,5 El Ángel 11,7 72,5 14,6 El Carmelo 12,2 87,5 20,8 San Gabriel 12,4 82,9 19,0 Mira 17,2 78,3 16,8 Localidad 2. Provincia de Imbabura Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Salinas 19,4 76,7 16,0 Ibarra 15,4 80,8 17,8 Cahuasquí 16,9 83,0 18,7 Sigsicunga 9,9 81,1 17,6 Atuntaqui 15,4 77,7 16,5 Otavalo 14,4 74,6 15,3 San Pablo del Lago 13,6 82,4 18,5 Localidad NEC-10 PARTE 7-68
  • Estructuras de madera 3. Provincia de Pichincha Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Malchinguí 13,3 76,2 16,0 Olmedo 10,9 77,5 16,5 Ascázubi 15,1 76,0 15,9 Cochasquí 12,4 73,8 15,1 Perucho 18,5 74,3 15,2 Tabacundo 13,1 75,7 15,8 Quito 13,5 74,6 15,4 Mindo 19,2 90,8 22,4 San Miguel de los Bancos 20,0 93,7 24,4 Tumbaco 16,7 76,9 16,2 Conocoto 15,2 77,2 16,3 Uyumbicho 13,6 85,0 19,7 Machachi 12,5 81,6 18,1 Santo Domingo de los Sáchilas 22,0 90,8 22,2 Alluriquín 22,2 88,1 21,0 Chiriboga 16,3 88,6 21,3 Puerto lla 23,1 88,5 21,1 Localidad NEC-10 PARTE 7-69
  • Estructuras de madera 4. Provincia de Cotopaxi Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Estación Cotopaxi 7,8 91,1 22,5 Latacunga 13,0 75,4 15,6 La Maná 23,9 88,2 21,2 Pilaló 12,6 91,3 22,9 El Corazón 17,7 94,3 25,0 Pujilí 12,7 75,4 15,6 Salcedo 13,9 74,7 15,4 Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Pisayambo 7,2 88,7 21,2 Píllaro 13,4 79,2 17,1 Ambato 14,1 76,0 15,9 Patate 15,8 87,7 21,0 Pedro F. Cevallos 12,6 83,4 18,9 Baños 16,7 83,0 18,7 Localidad 5. Provincia de Tungurahua Localidad NEC-10 PARTE 7-70
  • Estructuras de madera 6. Provincia de Bolívar Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% San Simón 14,2 80,8 17,8 San Pablo de Atenas 13,4 88,2 21,1 Chillanes 13,3 87,5 20,5 Balzapamba 20,2 94,0 24,6 Localidad 7. Provincia de Chimborazo Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Riobamba 13,4 71,4 14,1 Guaslán 14,1 78,2 16,8 Guamote 13,0 82,7 18,6 Pangor 9,0 84,8 19,6 Tixan 7,8 86,4 20,3 Alausí 14,7 77,3 16,4 Chunchi 14,8 86,5 20,4 Localidad NEC-10 PARTE 7-71
  • Estructuras de madera 8. Provincia de Cañar Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Biblián 14,5 73,2 14,8 Manuel J. Calle 24,7 84,3 19,0 Cañar 10,8 76,2 15,9 Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Paute 17,1 75,3 15,6 Cuenca 14,9 70,5 13,8 El Labrado 8,5 87,8 20,9 Ucubamba 15,6 71,6 14,1 Gualaceo 17,0 72,8 14,6 Santa Isabel 19,5 74,2 15,1 Localidad 9. Provincia del Azuay Localidad NEC-10 PARTE 7-72
  • Estructuras de madera 10. Provincia de Loja Temperatura Humedad Humedad de Localidad media anual ºC Saraguro 12,9 relativa promedio anual % 83,3 equilibrio de la madera (media anual)% 18,9 La Toma 23,8 63,2 11,8 Loja 15,4 72,4 14,5 Catacocha 18,4 82,7 18,5 Malacatos 20,7 74,2 15,0 Célica 15,1 84,5 19,5 Gonzanamá 17,1 83,5 18,9 Vilcabamba 20,4 76,5 15,9 Cariamanga 18,1 79,4 17,2 Yangana 18,9 82,3 18,4 Macará 24,9 67,3 12,8 Temperatura Humedad Humedad de Localidad media anual ºC San Lorenzo 25,5 relativa promedio anual % 86,0 equilibrio de la madera (media anual)% 19,8 Borbón 25,4 85,7 19,7 11. Provincia de Esmeraldas Esmeraldas 84,5 19,1 Cayapas 25,8 89,5 21,5 Muisne NEC-10 25,6 24,7 85,8 19,7 PARTE 7-73
  • Estructuras de madera Quinindé 24,6 90,5 21,9 12. Provincia de Manabí Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% El Carmen 23,7 86,6 20,1 La Concordia 23,8 86,4 20,1 Jama 24,8 82,7 18,3 Charapotó 25,3 83,1 18,5 San Vicente 24,6 81,2 17,7 Bahía de Caraquez 24,7 81,1 17,6 Pedernales 24,8 82,3 18,2 Chone 25,5 86,8 20,3 Tosagua 25,7 83,6 18,8 Calceta 25,6 76,8 15,8 Rocafuerte 25,2 79,5 17,0 Flavio Alfaro 24,6 85,5 19,7 Manta 25,0 77,6 16,2 Portoviejo 24,7 76,4 16,0 Poza Honda 25,3 82,1 18,0 Santa Ana 25,5 77,8 16,3 Jipijapa 21,6 80,8 17,7 Localidad NEC-10 PARTE 7-74
  • Estructuras de madera 13. Provincia de Los Ríos Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC madera (media anual)% 18,8 Localidad Quevedo 24,4 promedio anual % 83,6 Vinces 25,2 79,6 17,0 Babahoyo 25,5 81,8 17,9 La Clementina 24,3 85,2 19,5 Isabel María 25,0 80,6 17,4 Temperatura Humedad Humedad de media anual relativa equilibrio de la ºC madera (media anual)% 18,0 14. Provincia del Guayas Localidad Balzar Daule 25,7 79,6 17,0 Milagro 24,6 80,9 17,6 Bucay 22,8 90,0 21,7 Salinas 23,2 80,9 17,6 Guayaquil 25,0 79,5 17,0 San Carlos 24,9 82,5 18,2 Ancón 23,7 89,1 21,3 Taura 25,4 78,1 16,4 Playas 24,2 79,0 16,8 Naranjal 25,0 85,8 19,7 Tenguel NEC-10 25,5 promedio anual % 82,0 25,0 88,2 21,0 PARTE 7-75
  • Estructuras de madera 15. Provincia de El Oro Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Machala 25,0 79,5 17,0 Pasaje 23,8 83,3 18,6 Arenillas 25,1 82,1 18,1 Zaruma 22,0 83,7 19,0 Marcabelí 23,0 83,5 18,8 Santa Rosa 25,0 87,8 20,8 Localidad 16. Provincia del Napo Temperatura Humedad Humedad de media anual relativa equilibrio de la ºC madera (media anual)% 19,5 Localidad Putumayo El Coca 25,5 88,7 21,1 Limoncocha 24,6 89,0 21,3 Tiputini 25,3 87,4 20,5 Lago Agrio 25,4 84,9 19,3 El Chaco 18,3 88,2 21,1 Baeza 16,7 88,8 21,4 Tena 23,1 89,2 21,4 Papallacta NEC-10 25,3 promedio anual % 85,3 9,4 92,4 23,6 PARTE 7-76
  • Estructuras de madera 17. Provincia de Pastaza Localidad Temperatura media anual ºC Pastaza 20,1 Humedad Relativa Promedio anual % 85,8 Humedad de equilibrio de la madera (media anual)% 19,8 Puyo 20,4 86,2 20,1 Curaray 24,9 88,0 20,9 18. Provincia de Morona Santiago Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% Macas 20,9 86,7 20,3 Taisha 24,0 87,0 20,4 Sucúa 21,8 87,2 20,5 Méndez 24,4 94,5 24,9 Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% 21,0 83,4 Localidad 19. Provincia de Zamora Chinchipe Localidad Zamora NEC-10 18,8 PARTE 7-77
  • Estructuras de madera 20. Provincia Insular Galápagos Temperatura media anual Humedad relativa Humedad de equilibrio de la ºC promedio anual % madera (media anual)% 24,2 74,4 14,9 Localidad Seymur Santa Cruz 23,8 91,2 22,5 San Cristóbal 23,9 79,5 17,0 Isabela 23,5 85,4 19,6 Nota: En este listado de Provincias, no constan como tales, las tres provincias nuevas que se crearon en estos últimos años; ellas son: Sucumbíos, Santo Domingo de los Sáchilas y Santa Elena; no obstante ello, sí consta la información que hoy interesa, la cual se encuentra dentro de la información de las Provincias a las que antes pertenecieron las tres Provincias en cuestión. BIBLIOGRAFÍA: ORBE VELALCAZAR, J. Contenido de humedad de equilibrio de la madera en varias localidades del Ecuador. Ministerio de Agricultura y Ganadería, Dirección Nacional Forestal, Sección Tecnología de la Madera, Centro de Capacitación e Investigación Forestal. Conocoto-Ecuador. 1989. 48 NEC-10 PARTE 7-78
  • Estructuras de madera ANEXO 4 PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA Cuadro de propiedades físicas correspondiente a 46 especies maderables de otros países, que también existen en el Ecuador: Nombre Nombre común Dens. Contracción científico Rad. Rad. Tang. 12% seco C.H. Tang. horno% 12% C.H. seco Volu- bás. g/cm3 Algodonci Dendropanax llo al métrica horno % % sp. Almendro al 0,41 2,8 5,1 5,6 8,3 13,8 Dussia sp 0,46 2,3 4,5 4,9 8,5 12,3 Anime Protium sp. 0,48 2,2 3,9 5,8 8,6 12,4 Anime Trattinickia sp. 0,41 2,4 4,0 4,4 6,7 10,0 Ardita, Beilshmiedia 0,50 2,2 4,1 4,9 8,1 12,7 caoba sp. Arrayán Eugenia sp. 0,84 4,1 7,2 9,9 14,1 20,1 Canelo Licaria sp. 0,42 1,5 3,3 5,2 8,4 11,7 Casca Miconia sp. 0,61 2,2 4,3 6,9 9,5 13,6 Cascarilla Drymis 0,47 - 3,6 - 14,4 - picante granadensis Caucho Sapium sp. 0,50 1,4 3,1 3,1 5,7 8,0 blanco Ceibo Bombacopsis 0,45 - 3,4 - 6,2 10,0 Pouteria sp. 0,59 2,9 5,5 6,8 11,0 16,5 Guarea 0,52 1,6 3,4 3,6 7,0 11,2 pulgande quinata Colorado Coquito de montaña trichilioides Cuángare Dialyanthera sp. 0,41 2,2 4,2 6,4 9,4 12,0 Chirimoyo Didymopanax 0,53 3,8 7,0 6,0 9,2 15,2 NEC-10 PARTE 7-79
  • Estructuras de madera morototoni Guabo Inga sp. 0,56 1,2 2,8 2,6 5,5 9,5 Guarapo Terminalia sp. 0,58 2,3 4,5 3,6 6,5 11,2 Guasca Eschweilera sp. 0,78 3,2 5,6 5,2 9,5 15,9 Guayacán Tabebuia 0,85 2,6 6,0 3,8 8,1 14,0 0,75 1,7 3,9 4,4 8,4 10,3 0,59 2,4 4,4 6,3 10,4 15,1 0,54 1,9 4,0 4,9 8,5 12,8 Diospyros sp. 0,41 1,3 2,7 4,1 7,0 10,9 Cordia 0,44 1,4 3,1 4,5 6,7 8,7 0,55 2,2 4,3 5,6 9,4 13,5 0,47 3,2 5,3 5,9 8,7 13,4 0,83 2,4 5,0 6,1 10,7 14,3 guayacan Guayacán Minquartia pechiche guianensis Guión, chimi Pseudolmedia sp. Káa Hasseltia floribunda Kaki de Asia Laurel alliodora Machare Symphonia globulifera Madroño Calophyllum brasiliense Mangle Rhizophora colorado mangle Marcelo Laetia sp. 0,59 1,8 4,2 6,9 11,3 14,9 Matache Weinmannia 0,49 - 5,8 - 10,5 - Cassia sp. 0,59 2,5 4,7 4,2 7,6 12,2 Hieronyma 0,60 3,4 5,7 6,1 9,2 13,6 sp. Matasarna, cushispa Motilón alchornoides Motón Andira sp. 0,64 2,2 4,6 5,6 9,8 12,5 Nato Mora oleifera 0,74 2,6 5,0 4,3 7,8 12,5 Sisín Podocarpus 0,46 - 3,5 - 8,2 - NEC-10 PARTE 7-80
  • Estructuras de madera oleifolius Palo de rosa Cornus sp. 0,53 - 4,3 - 12,1 - Pechiche Vitex giganteum 0,52 1,3 2,9 3,4 7,1 9,4 Pegapega Pisonia sp. 0,42 3,0 5,8 5,6 9,6 15,5 Pialde Cupania sp. 0,55 3,0 5,4 5,5 8,9 14,5 Quemapecho Tetragastris sp. 0,64 2,4 4,7 4,7 8,1 11,6 Quiebra hacha Lecythis tuyrana 0,61 2,6 4,5 6,6 10,3 14,4 Quillucaspi Centrolobium sp. 0,65 1,5 3,6 2,9 6,4 9,7 Quishuar Bludleia alpina 0,52 - 3,4 - 9,8 - Quisiquinche Pithecelo-bium sp. 0,52 1,7 3,6 3,9 7,2 9,5 Salsal Enterolobium sp. 0,60 1,7 3,5 3,4 6,7 10,3 Schungui Symplocos sp. 0,49 2,8 4,9 5,9 9,8 17,9 Tangare Carapa guianensis 0,56 2,7 5,4 5,3 8,2 14,6 Yumbingue Terminalia amazonia 0,68 3,8 6,4 5,4 8,7 14,9 NEC-10 PARTE 7-81
  • Estructuras de madera PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA Cuadro de propiedades mecánicas correspondiente a 46 especies maderables de otros países, que también existen en el Ecuador: Nombre común Nombre científico Dens bás. Dureza Flexión estática E.L.P. M.O.R. M.O.E. Lados Extremos Kg Kg 330 458 g/cm3 Kg/cm2Kg/cm2 Ton/cm2 Algodoncillo Dendropanax sp. 0,41 397 Aliso Alnus sp. 0,41 516 755 120 285 475 Almendro Dussia sp. 0,46 466 782 132 292 440 Anime Protium sp. 0,48 475 892 130 319 483 Anime pulgande Trattinickia sp. 0,41 384 757 114 243 404 Ardita, caoba Beilschmiedia sp. 0,50 501 856 120 288 349 Arrayán Eugenia sp. 0,84 1035 1765 216 1730 1760 Canelo Licaria sp. 0,42 445 800 135 276 394 Capulí Prunus sp. 0,58 672 1092 159 680 908 Casca Miconia sp. 0,61 808 1254 176 597 877 Cascarilla picante Drymis granadensis 0,47 629 1012 145 360 595 Caucho blanco Sapium sp. 0,50 373 844 151 395 510 Ceibo Bombacopsis quinata 0,45 489 735 98 294 298 Colorado Pouteria sp. 0,59 738 1282 213 623 790 0,52 712 1124 146 457 676 Coquito NEC-10 de Guarea 732 115 PARTE 7-82
  • Estructuras de madera montaña trichilioides Cuángare Dialyanthera sp. 0,41 465 730 134 240 440 Chirimoyo Didymopanax morototoni 0,53 630 920 164 415 616 Guabo Inga sp. 0,56 354 656 76 164 233 Guarapo Terminalia sp. 0,58 810 1280 164 568 827 Guasca Eschweilera sp. 0,78 962 1560 204 1100 1280 Guayacán Tabebuia guayacan 0,85 963 1978 236 1444 1704 Guión, chimi Pseudolmedia sp. 0,59 770 1143 160 561 872 Káa Hasseltia floribunda 0,54 559 811 117 452 644 Kaki del asia Diospyros sp. 0,41 303 608 87 231 405 Laurel Cordia alliodora 0,44 376 613 82 336 372 Machare Symphonia globulifera 0,55 644 1170 167 508 654 Madroño Calophyllum brasiliense 0,47 554 926 126 456 610 Mangle colorado Rizophora mangle 0,83 1083 1690 230 1188 1365 Marcelo Laetia sp. 0,59 576 1158 187 671 871 Matache Weinmania sp. 0,49 606 977 141 395 630 Matasarna, cushispa Motilón Cassia sp. 0,59 596 768 136 515 694 Hieronyma alchornoides 0,60 632 1049 143 663 846 Andira sp. 0,64 927 1470 186 655 822 Motón NEC-10 PARTE 7-83
  • Estructuras de madera Nato Mora oleifera 0,74 698 1247 155 795 960 Palo de rosa Cornus sp. 0,53 535 1027 132 445 680 Pechiche Vitex giganteum 0,52 664 1168 144 529 714 Pegapega Pisonia sp. 0,42 325 611 110 213 343 Pialde Cupania sp. 0,55 746 1094 161 500 773 Quemapecho Tetragastris sp. 0,64 860 1340 177 728 1000 Quiebra hacha Lecythis tuyrana 0,61 475 993 130 488 648 Quillucaspi Centrolobium sp. 0,65 640 1217 175 636 842 Salsal Enterolobium sp. 0,60 767 1285 191 611 789 Schungui Symplocos sp. 0,49 645 1060 154 427 577 Tangare Carapa guianensis 0,56 670 1132 177 476 648 E.L.P. = Esfuerzo al límite proporcional M.O.R. = Módulo de ruptura. M.O.E. = Módulo de elasticidad. NEC-10 PARTE 7-84