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ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA 1. CONCEPTOS GENERALES SOBRE LA MADERA. 1.1. DEFINICION. La madera es un material ortótropo, con distinta elasticidad según la dirección de deformación, encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen año tras año, formando anillos concéntricos correspondientes al diferente crecimiento de la biomasa según las estaciones, y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. 1.2. PROPIEDADES MECANICAS. Las propiedades de la madera dependen, del crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y de las distintas partes del tronco. 1.2.1. HUMEDAD La madera contiene agua de constitución, inerte a su naturaleza orgánica, agua de saturación, que impregna las paredes de los elementos leñosos, y agua libre, absorbida por capilaridad por los vasos y traqueidas. Como la madera es higroscópica, absorbe o desprende humedad, según el medio ambiente. El agua libre desaparece totalmente al cabo de un cierto tiempo, quedando, además del agua de constitución, el agua de saturación correspondiente a la humedad de la atmósfera que rodee a la madera, hasta conseguir un equilibrio, diciéndose que la madera esta secada al aire.

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ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA

1. CONCEPTOS GENERALES SOBRE LA MADERA.

1.1. DEFINICION.

La madera es un material ortótropo, con distinta elasticidad según la dirección de deformación, encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen año tras año, formando anillos concéntricos correspondientes al diferente crecimiento de la biomasa según las estaciones, y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina.

1.2. PROPIEDADES MECANICAS.

Las propiedades de la madera dependen, del crecimiento, edad, contenido de humedad,

clases de terreno y de las distintas partes del tronco.

1.2.1. HUMEDAD

La madera contiene agua de constitución, inerte a su naturaleza orgánica, agua de

saturación, que impregna las paredes de los elementos leñosos, y agua libre, absorbida

por capilaridad por los vasos y traqueidas. Como la madera es higroscópica, absorbe o

desprende humedad, según el medio ambiente. El agua libre desaparece totalmente al

cabo de un cierto tiempo, quedando, además del agua de constitución, el agua de

saturación correspondiente a la humedad de la atmósfera que rodee a la madera, hasta

conseguir un equilibrio, diciéndose que la madera esta secada al aire.

La humedad de la madera varía entre límites muy amplios. En la madera recién cortada

oscila entre el 50 y 60 por ciento, y por imbibición puede llegar hasta el 250 y 300 por

ciento. La madera secada al aire contiene del 10 al 15 por ciento de su peso de agua, y

como las distintas mediciones físicas están afectadas por el tanto por ciento de humedad,

se ha convenido en referir los diversos ensayos a una humedad media internacional de 15

por ciento. La humedad de las maderas se aprecia, además del procedimiento de pesadas,

de probetas, húmedas y desecadas, y el calorimétrico, por la conductividad eléctrica,

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empleando girómetros eléctricos. Estas variaciones de humedad hacen que la madera se

hinche o contraiga, variando su volumen y, por consiguiente, su densidad.

El porcentaje de humedad (H):

H=PH−POPO

*100

Dónde: PH :Peso enel estado húmedo

PO :Pesoen el estadoseco

En la construcción las maderas deben utilizarse siempre descortezadas y secas.

Antes de la construcción, la madera deberá secarse a un contenido de humedad

apropiado y tan parecido como sea práctico al contenido de humedad en equilibrio

promedio de la región en la cual estará la estructura. Si el contenido de humedad de la

madera excede el límite indicado para la madera seca (15 por ciento), el material

solamente podrá usarse si el riesgo de pudrición en el tiempo que dure el secado es

eliminado. La madera deberá ser almacenada y protegida apropiadamente, contra

cambios en su contenido de humedad y daño mecánico, de tal manera que siempre

satisfaga los requerimientos de la clase estructural especificada.

2.2. DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO

La relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo se llama densidad. Por

costumbre cuando se usa el sistema métrico se toma la masa como el peso del cuerpo. El

peso de la madera es la suma del peso de parte sólida más el peso del agua. El volumen de

la madera es constante cuando están en el estado verde, el volumen disminuye cuando el

contenido de humedad es menor que el punto de saturación de las fibras y vuelve a ser

constante cuando se ha alcanzado el estado anhidro o seco al horno. Se pueden

distinguir en consecuencia cuatro densidades para una misma muestra de madera:

Densidad verde, seca al aire, anhidra y básica.

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El peso específico es la relación entre el peso de la madera, a un determinado contenido

de humedad, y el peso del volumen de agua desplazado por el volumen de la madera.

Considerando que el agua tiene densidad igual a 1 puede decidirse que la relación entre la

densidad de la madera dividida entre la densidad del agua igualan a su peso específico. En

el sistema métrico la densidad y el peso específico tienen el mismo valor.

Según el Manual de Diseño en Maderas del Grupo Andino, las maderas se clasifican en los

siguientes grupos:

GRUPO A (750 – 850) kg/m3.

GRUPO B (700 – 750) kg/m3.

GRUPO C (600 – 750) kg/m3.

Según la NORMA E.010 las maderas se clasifican en los siguientes grupos:

2.3. CONTRACCIÓN E HINCHAMIENTO

La madera cambia de volumen según la humedad que contiene. Cuando pierde agua, se

contrae o merma, siendo mínima en la dirección axial o de las fibras, no pasa del 0.8 por

ciento; de 1 a 7.8 por ciento, en dirección radial, y de 5 a 11.5 por ciento, en la tangencial.

La contracción es mayor en la albura que en el corazón, originando tensiones por

desecación que agrietan y alabean la madera.

El hinchamiento se produce cuando absorbe humedad. La madera sumergida aumenta

poco de volumen en sentido axial o de las fibras, y de un 2.5 al 6 por ciento en sentido

perpendicular; pero en peso, el aumento oscila del 50 al 150 por ciento. La madera

aumenta de volumen hasta el punto de saturación (20 a 25 por ciento de agua), y a partir

de él no aumenta más de volumen, aunque siga absorbiendo agua. Hay que tener muy

presente estas variaciones de volumen en las piezas que hayan de estar sometidas a

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oscilaciones de sequedad y humedad, dejando espacios necesarios para que los empujes

que se produzcan no comprometan la estabilidad de la obra.

2.4. DUREZA

La dureza de la madera es la resistencia que opone al desgaste, rayado, clavado, etc.

Depende de su densidad, edad, estructura y si se trabaja en sentido de sus fibras o en el

perpendicular. Cuanta más vieja y dura es, mayor la resistencia que opone. La madera de

corazón tiene mayor resistencia que la de albura: la crecida lentamente obtiene una

mayor resistencia que la madera que crece de prisa.

2.5. HENDIBILIDAD

Se llama también facilidad a la raja y es la aptitud de las maderas a dividirse en el sentido

longitudinal bajo la acción de una cuña. El rajado es más fácil, en sentido de los radios.

Como madera muy hendible se acostumbra citar el castaño, como madera hendible, el

roble, y como madera poco hendible, el carpe.

2.6. CONDUCTIVIDAD

La madera seca es mala conductora del calor y electricidad, no así cuando está húmeda. La

conductividad es mayor en el sentido longitudinal que en radial o transversal, y más en las

maderas pesadas que en las ligeras o porosas, por lo cual se emplean como aisladores

térmicos en las paredes.

2.7. DILATACIÓN TÉRMICA

El coeficiente de dilatación lineal de la madera es muy pequeño, pudiendo ser

despreciado.

3. CURADO DE LA MADERA

Se conoce como curado al proceso de remoción de humedad de la madera verde (piezas

recién cortadas); que se efectúa de dos maneras: secada al aire, exponiendo la madera a

aire durante un largo periodo de tiempo, o secada al horno calentándola para expulsar su

humedad. La madera curada es en general más rígido, más fuerte y menos propenso a

cambiar de forma. El contenido de humedad de la madera se define como la relación del

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peso del agua en una pieza de madera y el peso de una muestra secada al horno

(humedad cero), expresada como porcentaje.

4. LA MADERA EN LA CONSTRUCCIÓN

4.1. VENTAJAS:

La madera es aislante tanto del calor como del frío, es el material más usado en las

obras de reciclaje. Por otra parte la liviandad del material no es gravosa sobre la

estructura existente y la obra de madera se la puede considerar una estructura

fácilmente desmontable y por lo tanto puede ser una construcción no-fija.

El uso de la madera en la construcción está indicado para zonas con riesgo sísmico,

ya que gracias a la liviandad del material es de reducida masa y por lo tanto tiene

un elevado coeficiente antisísmico.

En caso de terremotos es mucho más segura la solución de un techo de madera,

sobre cualquier tipo de construcción, ya que la madera compensa y reduce las

vibraciones provocadas por el terremoto. En la construcción con madera se busca

siempre, en lo posible, fabricar los elementos en bloques únicos, para

transportarlos al lugar mediante camión y colocarlo en obra con el auxilio de grúas

móviles. La ventaja mayor que deriva de tal procedimiento está en la posibilidad de

construir la estructura en un local controlado dentro del establecimiento del

fabricante y poder efectuar el montaje de los elementos en forma rápida y en seco.

Los techos con estructura de madera permiten la elección de cualquier tipo de

cubierta. En el caso de techos muy planos (angulación hasta 10º) se aconseja una

cubierta de chapas; para angulaciones superiores (mayor de 20º) es posible

cubrirla con tejas cerámicas.

Si la madera simple sólida, escuadrada en aserradero, no alcanza a ser idónea para

una determinada construcción, se utiliza algo técnicamente superior como lo es la

madera laminada, respetando siempre las dimensiones indicadas por el

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constructor. Las uniones entre los elementos, se efectúan con los métodos de la

carpintería artesanal o sea, mediante grampas, planchas, clavos metálicos o

similares. Las fuerzas de transmisión admisibles son ensayadas en el laboratorio. El

medio de unión clásico en la construcción de madera es el clavo.

Respecto a su bajo peso específico, la madera tiene óptimas características de

resistencia mecánica y tiene además óptimas características como aislante

térmico.

La madera es muy resistente a los ataques de sustancias químicas y puede ser

utilizada en ambientes especiales (como por ejemplo, piscinas, cobertizos

industriales, etc.); tiene la capacidad de absorber la humedad del aire, acumularla

y restituirla a esta última. Las estructuras relacionadas con las construcciones de

madera pueden ser fácilmente prefabricadas, lo que significa un ahorro, tanto en

términos de tiempo como en costo de montaje. Los edificios construidos con

madera son fácilmente desmontables y las estructuras de madera pueden ser

recicladas o re-utilizadas.

Tecnologías modernas, como el encolado, permiten producir elementos

estructurales cuya longitud supera en mucho los límites establecidos por el

crecimiento del árbol.

No sufre oxidación

4.2. DESVENTAJAS:

Fácilmente combustible (En caso de que no existe tratamiento previo).

Ataque de agentes orgánicos (Hongos, insectos)

Es Higroscópico (Aumento de volumen y disminución de volumen al tomar o

perder agua)

Fácilmente deformable.

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2. AGRUPAMIENTO DE MADERAS PARA USO ESTRUCTURAL

Las maderas para uso estructural se agrupan, tomando como base sus respectivas densidades y propiedades mecánicas. A continuación los valores del módulo de elasticidad y esfuerzos admisibles para los diferentes grupos de madera.

2.1. MODULO DE ELASTICIDAD.

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2.2. ESFUERZOS ADMISIBLES.

3. MÉTODOS DE DISEÑO Y ANALISIS ESTRUCTURAL.

La parte principal de todo trabajo de diseño estructural es la necesidad de concebir y

evaluar el comportamiento físico de la estructura al resistir las cargas que debe soportar;

para lo cual debe hacerse un trabajo matemático para apoyar este análisis. Concluido el

análisis se debe realizar el trabajo de diseño; pero para esto deben considerarse los

comportamientos estructurales simples y la metodología de diseño a seguir.

3.1. MÉTODOS DE DISEÑO

Actualmente se utilizan 2 métodos principales de diseño que son:

3.1.1. EL MÉTODO TRADICIONAL: Que se conoce como diseño por esfuerzos de

trabajo admisibles.- En este método se utilizan relaciones básicas derivadas de la teoría

clásica del comportamiento elástico de los materiales; la adecuación o seguridad de los

diseños se mide al comparar con respecto a dos límites principales: un aceptable para el

esfuerzo máximo y un nivel tolerable para el alcance de la deformación. Estos límites se

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calculan tal como se presentan en respuestas a las cargas de servicio; es decir a las cargas

producidas por las condiciones de uso normal de la estructura, los movimientos tolerables

se llamaban deflexiones admisibles, alargamiento admisible, etc. En esencia el método de

los esfuerzos de trabajo consiste en diseñar una estructura para trabajar a algún

porcentaje apropiado establecido de su capacidad total. Sin embargo lo que es

verdaderamente apropiado como una condición de trabajo tiene mucho de especulación

teórica. Con el objeto de establecer en forma convincente ambos límites de esfuerzo y

deformación, fue necesario ejecutar ensayos de estructuras reales.

Este método de diseño constituye en su mayoría a los reglamentos de diseño, y en

especial el Manual de diseño para maderas del Grupo Andino, la cual es la que se usa en

nuestro medio.

3.1.2. MÉTODO DE LA RESISTENCIA O LRFD: En el cual se usan límites de falla para

el trabajo de diseño. El método de la resistencia consiste en diseñar una estructura para

fallar, pero para una condición de carga más allá de lo que debería experimentar durante

su uso. Una razón principal para favorecer los métodos de resistencia es que la falla de

una estructura se demuestra con relativa facilidad mediante pruebas físicas.

3.2. CARGAS EN LA ESTRUCTURA DE MADERA.

Las estructuras de madera deben diseñarse para soportar todas las cargas

provenientes de:

Peso propio y otras cargas permanentes.

Sobrecargas de servicio o cargas vivas.

Sobrecargas de sismos, viento y nieve.

La determinación de las sobrecargas de servicio y cargas de viento, sismo y

nieve, se efectuara de acuerdo a lo señalado por las normas y reglamentos

vigentes.

Algo para considerar en cuanto a las cargas de servicio o las cargas vivas sean

de aplicación continua o de larga duración (sobrecargas en bibliotecas o

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almacenes, por ejemplo), estas deben considerarse como cargas muertas

para efectos de la determinación de deformación diferidas.

3.3. ESFUERZOS QUE RESISTE LA MADERA

La acción de las cargas somete a las maderas a los siguientes esfuerzos:

3.3.1. COMPRESIÓN: Este esfuerzo se produce cuando una fuerza tiende a comprimir o

aplastar un miembro. Este esfuerzo se presenta en las columnas de edificaciones, así

como en algunas barras que conforman distintos tipos de armaduras.

3.3.2. TRACCIÓN: Es un esfuerzo que se produce cuando una fuerza tiende a estirar o

alargar un miembro. La cuerda inferior y ciertas almas de miembros de armaduras y

cabios atirantados trabajan a tracción.

3.3.3. FLEXIÓN: Este tipo de esfuerzo por lo común se genera por la aplicación de

momentos llamados momentos flexionantes (sobre todo en vigas), produciendo esfuerzos

flexionantes (tanto de compresión como de tracción).

3.3.4. CORTE: Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales, paralelas y de

sentido contrario tienden a hacer resbalar, una sobre otra, las superficies contiguas del

miembro. Este esfuerzo que es muy común se presenta en la mayoría de los elementos

Paralelas a las fibras(veta) ad σCII

Perpendicular a las fibras ad σC⊥ ¿ ¿

Inclinadas a las fibras ad σC∠

Paralelas a las fibras ad σTII

ad σ f

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estructurales, y por ejemplo en vigas cabe señalar que existen 2 tipos de esfuerzo

cortante, el vertical y el horizontal; y por lo general las fallas por cortante en vigas de

madera se deben al esfuerzo cortante horizontal, y no al vertical.

DEFORMACIÓN: La deformación es el cambio de tamaño o forma que siempre sufre un

cuerpo que está sometido a una fuerza. Cuando las fuerzas son de compresión y de

tracción axial, las deformaciones son acortamientos o alargamientos, respectivamente.

Cuando una fuerza actúa en un miembro flexionándolo (como lo hacen las cargas en las

vigas), la deformación se llama flecha.

4. PROPIEDADES ELÁSTICAS.

ad τ

Flechas; este fenómeno en las maderas es extremadamente peligroso, las flechas admisibles dependen del grupo de las maderas:

Grupo A ad f ¿

L ( cm)250-300

Grupo B ad f ¿

L ( cm)225-275

Grupo C No debe utilizarse para resistir cargas (sólo para estructuras provisionales).

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4.1. LIMITE ELÁSTICO.

El diseño de las estructuras de madera se basa en la teoría elástica, en la cual se establece

que las deformaciones son directamente proporcionales a los esfuerzos, es decir que al

ser aplicada una fuerza se produce una cierta deformación, y al ser aplicada el doble de

esta fuerza se producirá el doble de la cantidad de deformación. Esta relación se mantiene

sólo hasta un cierto límite, después del cual la deformación comienza a aumentar en un

grado mayor que los incrementos de carga aplicada; el esfuerzo unitario para el cual

ocurre este límite se conoce como límite elástico o límite de proporcionalidad del

material. Más allá del límite elástico se produce una deformación permanente en el

miembro. En el Método de esfuerzos admisibles el diseño establece que no se debe

sobrepasar el límite elástico para la estructura sometida a cargas de servicio.

4.2. MÓDULO DE ELASTICIDAD AXIAL.

El Módulo de elasticidad de un material es la medida de su rigidez, y este es la relación

entre el esfuerzo unitario y la deformación unitaria, siempre que el esfuerzo unitario no

exceda el límite elástico del material.

El módulo de elasticidad axial “E” varía entre: 55000<E<130000 kg/cm2 dependiendo del

grupo de la madera, siendo el primero para maderas del tipo C y el último para maderas

del grupo A.

Los valores usados usualmente para el diseño son:

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GRUPO A:

GRUPO B:

GRUPO C:

5. DISEÑO A FLEXIÓN (VIGAS).

Una viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las

cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas

aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a

flexión. Por lo común, los apoyos de las vigas se encuentran en los extremos o cerca de

ellos y las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan reacciones.

5.1. DEFLEXIONES ADMISIBLES

Se llama flecha o deflexión a la deformación que acompaña a la flexión de una viga,

vigueta o entablado. La flecha se presenta en algún grado en todas las vigas, y el ingeniero

debe cuidar que la flecha no exceda ciertos límites establecidos. Es importante entender

que una viga puede ser adecuada para soportar la carga impuesta sin exceder el esfuerzo

flexionante admisible, pero al mismo tiempo la curvatura puede ser tan grande que

Almendrillo

Quebracho

Roble

E ≈ 100000 kg/cm2

Verdolago

Palo María

Laurel

E ≈ 80000 kg/cm2

Gabón

Ochoó

E ≈ 65000 kg/cm2

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aparezcan grietas en los cielos rasos suspendidos revestidos, que acumule agua en las

depresiones de las azoteas, dificulte la colocación de paneles prefabricados, puertas o

ventanas, o bien impida el buen funcionamiento de estos elementos.

Las deflexiones deben calcularse para los siguientes casos:

a.- Combinación más desfavorable de cargas permanentes y sobrecargas de servicio.

b.- Sobrecargas de servicio actuando solas.

Se recomienda que para construcciones residenciales estas no excedan los límites

indicados en la siguiente Tabla:

Carga Actuante (a) con cielo (b) sin cielo

raso de yeso raso de yeso

Cargas permanentes + sobrecargas L/300 L/250

Sobrecarga L/350 L/350

L es la luz entre caras de apoyos o la distancia de la cara del apoyo al extremo, en el caso

de volados. Los valores indicados en la columna (a) deben ser utilizados cuando se tengan

cielos rasos de yeso u otros acabados que pudieran ser afectados por las deformaciones:

en otros casos deben utilizarse los valores de la columna (b).

Aunque las consideraciones para definir la flecha pueden ser importantes, la

determinación precisa de la flecha es un objetivo inalcanzable por las siguientes razones:

La determinación de las cargas siempre incluye algún grado de aproximación.

El módulo de elasticidad de cualquier pieza individual de madera siempre es un

valor aproximado.

TABLA 3.1: DEFLEXIONES MAXIMAS ADMISIBLES

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Existen diferentes restricciones en la deformación estructural debido a la

distribución de cargas, resistencias en las uniones, rigidez debida a elementos no

estructurales de la construcción, etc.

Las deflexiones en vigas deben ser calculadas con el módulo de elasticidad Emin del grupo

de la madera estructural especificado.

Para entablados debe utilizarse el Epromedio, las deflexiones en viguetas y elementos

similares pueden también determinarse con el Epromedio, siempre y cuando se tengan por lo

menos cuatro elementos similares, y sea posible una redistribución de la carga.

Los módulos de elasticidad para los tres grupos de maderas estructurales considerados se

indican en la siguiente tabla:

GRUPO A GRUPO B GRUPO C

Eminimo 95,000 75,000 55,000

Epromedio 130,000 100,000 90,000

5.2. REQUISITOS DE RESISTENCIA

El momento flexionante es una medida de la tendencia de las fuerzas externas que actúan

sobre una viga, para deformarla. Ahora se considerará la acción dentro de la viga que

resiste flexión y que se llama momento resistente.

Para cualquier tipo de viga se puede calcular el momento flexionante máximo generado

por la carga. Si se desea diseñar una viga para resistir esta carga, se debe seleccionar un

miembro con una sección transversal de forma, área y material tales, que sea capaz de

producir un momento resistente igual momento flexionante máximo; lo anterior se logra

usando la fórmula de la flexión.

TABLA 3.2: MODULO DE ELASTICIDAD (kg/cm2)

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Por lo común la fórmula de la flexión se escribe como:

σ=M⋅yI

Donde el tamaño y la forma de la sección transversal están representados por la inercia (I)

y el material del cual está hecha la viga está representado por σ, la distancia del plano

neutro a cualquier fibra de la sección esta representa por “y”, el esfuerzo en la fibra más

alejada del eje neutro se le llama esfuerzo de la fibra extrema (c).

Para vigas rectangulares:

Sustituyendo los datos para una viga rectangular y para obtener el esfuerzo de la fibra

extrema tendremos:

σ=M⋅cI

=M⋅h

2

b⋅h3

12

Los esfuerzos de compresión y de tensión producidos por flexión (σ), que actúan sobre la

sección transversal de la viga, no deben exceder el esfuerzo admisible, fm, para el grupo

de madera especificado.

σ f=6⋅Mmax

b⋅h2

ESFUERZO MAXIMO ADMISIBLE EN FLEXION, fm(kg/cm2)

SECCION TRANSVERSAL, DISTRIBUCION DE ESFUERZOSNORMALES PRODUCIDOS POR FLEXION

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GRUPO A 210

GRUPO B 150

GRUPO C 100

Estos esfuerzos pueden incrementarse en un 10% al diseñar entablados o viguetas si hay una acción de conjunto garantizada.

5.3. ESCUADRÍA ÓPTIMA

Se desea establecer una relación entre la base y la altura de una viga de sección

rectangular, de tal manera que la capacidad resistente de esta viga sea la mayor posible,

de esta forma se puede utilizar un tronco de madera con el menor desperdicio.

Como la deformación gobierna el diseño, entonces debe encontrarse dimensiones que

generen el mayor momento de inercia posible.

I=b⋅h3

12

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R2=x2+ y2

y=√R2−x2 . .. .. . .. .. .. . .. .(1)

I=2x⋅(2y )3

12

I=43⋅x⋅(√R2−x2 )3

I=43⋅x⋅√(R2−x2 )3

I=43⋅√x2⋅(R2−x2)3

Derivando la inercia en función de x:

I'x=43⋅[ 1

2⋅[ x2⋅(R2−x2 )3 ]

−12 ]⋅{[ x2⋅(3⋅(R2−x2)2 )⋅(−2x ) ]+[(R2−x2)3⋅(2x ) ] }

Simplificando la expresión:

I'x=43⋅

{[ x2⋅(3⋅(R2−x2)2 )⋅(−2x )]+ [(R2−x2 )3⋅(2x )] }2⋅√ x2⋅(R2−x2 )3

Ahora se iguala a cero la expresión derivada, esto con el fin de encontrar el punto crítico,

o sea para maximizar la inercia:

I'x=43⋅

{[ x2⋅(3⋅(R2−x2)2 )⋅(−2x )]+ [(R2−x2 )3⋅(2x )] }2⋅√ x2⋅(R2−x2 )3

=0

Simplificando la expresión:

I 'x=−x2⋅(3⋅(R2−x2 )2 )+(R2−x2 )3=0

y2=R2−x2

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I 'x=−3x2+(R2−x2 )=0

R2=4x2

x= R2

∴b=R

Reemplazando x en ecuación (1):

y=√R2− R2

4

y=√ 34⋅R2

y=R⋅√ 34

y=0.866 R

Ahora como h=2y entonces:

h=1. 73R

Y también como b = R:

hR

=1.73

∴ Toda vez que se asume una escuadría para el diseño de una viga se debe procurar que la altura sea 1.73 veces de la base.

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6. DISEÑO A TRACCIÓN.

El diseño a tracción de miembros de una estructura de madera, comprende de los elementos sometidos a esfuerzos de tracción paralelos a la dirección de las fibras. El esfuerzo de tracción perpendicular a las fibras en elementos estructurales de madera se considera nulo. Los elementos sometidos a tracción pura deben ser de la mejor calidad posible, escogiéndose las mejores piezas dentro del material clasificado.

6.1. ESFUERZOS ADMISIBLES.

6.2. CARGAS ADMISIBLES EN ELEMENTOS SOMETIDOS A TRACCION AXIAL.

La carga admisible de un elemento en tracción puede ser estimada empleando la siguiente formula:

Nadm .=f t A

Dónde:

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Nadm.: Carga admisible en tracción A: Área dela sección Ft: Esfuerzo admisible en tracción

La expresión se aplica a elementos que pueden ser de sección transversal cualquiera, sea esta solida o compuesta.