OBJETIVO
El siguiente blog es un espacio de conocimiento y generalidades del acero y de la madera, enfocado a llevar a cabo por medio de pre-dimensionamientos y cálculos para diferentes proyectos que se realizan en la vida cotidiana del arquitecto o ingeniero.
El siguiente blog es un espacio de conocimiento y generalidades del acero y de la madera, enfocado a llevar a cabo por medio de pre-dimensionamientos y cálculos para diferentes proyectos que se realizan en la vida cotidiana del arquitecto o ingeniero.
Así como lo anterior también se comparten direcciones de
videos interesantes sobre el ya mencionado tema, así como tesis y paginas de
arquitectura e ingeniería e donde se utilizan estos materiales.
HISTORIA DE LAS ESTRUCTURAS
El término estructura, lleva en su origen el verbo struere, que significa "disponer, reunir ordenadamente, construir". Ha conservado ese sentido, puesto que es "distribución y orden de las partes que componen un todo".
La estructura es la disposición y orden de las partes dentro de un todo. También puede entenderse como un sistema de conceptos coherentes enlazados, cuyo objetivo es precisar la esencia del objeto de estudio. Tanto la realidad como el lenguaje tienen estructura. Uno de los objetivos de la semántica y de la ciencia consiste en que la estructura del lenguaje refleje fielmente la estructura de la realidad.
Los grupos humanos paleolíticos eran nómadas, buena parte de los neolíticos también, o eran semi-sedentarios. Debieron existir, además de los refugios en cuevas.
En el año de 13000 A. C. los primeros pobladores ya construían sus tiendas con estructuras de palos sobre los que colocaban pieles de animales. Luego en el año 8000 A. C. se hace la primera construcción de puentes con troncos y pilares de piedras planas y su objetivo era permitir el paso de personas sobre un río de poca profundidad sin mojarse. Para luego en el año 2500 A. C. se inventa el cigoñal que es una especie de grúa para extraer agua a un recipiente alto. Los materiales eran madera, piedra y tela. También es creado el telar que era utilizado para la construcción de tejidos y los materiales empleados eran dos troncos verticales y tres transversales.
HISTORIA DE LA MADERA:
La madera esta constituida por el conjunto de tejido que forman la masa de los troncos de los árboles, desprovistos de su corteza. Es el material de construcción más ligero, resistente y fácil de trabajar, utilizado por el hombre desde los primeros tiempos.
La madera fue el primer material de construcción de que dispuso el hombre. Además de usarla como combustible y como arma defensiva, la cabaña con estructura de madera y cubierta de ramas le proporcionó una defensa contra la intemperie. Luego la emplearía en la construcción de puentes y barcos.
La técnica de laminación relacionada con el uso decorativo de la madera es conocida por los egipcios desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de calidad les llevaba a técnicas de enchapado y marquetería.
Es en el siglo XIX, con la aparición de nuevos métodos de corte de chapas y, posteriormente, a comienzos del siglo XX con la aparición de nuevas colas y adhesivos, cuando el tablero contrachapado, tal y como lo conocemos hoy hace su verdadera aparición . Este tablero se puede curvar fácilmente, adoptando casi, cualquier forma.
La madera tanto maciza como laminada se empleó en la construcciones de vehículos, aeronaves y en la construcción de barcos. Los agentes protectores, los nuevos adhesivos y pinturas surgidos en desarrollo industrial de finales del siglo XIX y a lo largo del XX, le transformaron en un elemento duradero, fuerte y versátil.
ESTRUCTURA DE LA MADERA:
La madera esta constituida por una aglomeración de células tubulares de forma y longitud muy variables. En un corte transversal se aprecian diversas zonas:
Médula y radios medulares:
Es la parte central, la más antigua, y se forma por secado y resanificación. Forma un cilindro en el eje del árbol y está constituida por células redondeadas que dejan grandes meatos en sus ángulos de unión.
Duramen:
Es la parte inmediata a la médula o corazón, formado por madera dura y consistente impregnada de tanino y de lignina, que le comunica la coloración rosa.
Albura:
La albura es la madera joven, posee mas savia y se transforma con el tiempo en duramen al ser sustituido el almidón por tanino, que se fija en la membrana celular, volviéndola más densa e impuctrescible.
Cambium:
Es la capa generatriz, que se encuentra debajo de la corteza formada por células de paredes muy delgadas que son capaces de transformarse por divisiones sucesivas en nuevas células, formándose en la cara interna de células de xilema o madera nueva, y en la externa líber o floema.
Corteza:
Su misión es la protección y aislamiento de los tejidos del árbol de los agentes atmosféricos.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA
Las propiedades de la madera dependen del crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y distintas partes del tronco.
Anisotropía:
Las propiedades físicas y mecánicas de la madera no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado. Estas son las tres direcciones:
- La dirección axial es paralela a la dirección de crecimiento del árbol (dirección de las fibras)
- La radial es perpendicular a la axial y corta al eje del árbol.
- La dirección tangencial es normal a las dos anteriores.
Humedad:
Densidad:
La densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies: 1.56. La densidad aparente varía de una especie a otra, y aun en la misma, según el grado de humedad y zona del árbol.
En el siguiente link se muestran tipos de maderas con su respectiva densidad.
http://www.inti.gob.ar/maderaymuebles/pdf/densidad_comun.pdf
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA
HISTORIA DE LAS ESTRUCTURAS
El término estructura, lleva en su origen el verbo struere, que significa "disponer, reunir ordenadamente, construir". Ha conservado ese sentido, puesto que es "distribución y orden de las partes que componen un todo".
La estructura es la disposición y orden de las partes dentro de un todo. También puede entenderse como un sistema de conceptos coherentes enlazados, cuyo objetivo es precisar la esencia del objeto de estudio. Tanto la realidad como el lenguaje tienen estructura. Uno de los objetivos de la semántica y de la ciencia consiste en que la estructura del lenguaje refleje fielmente la estructura de la realidad.
Los grupos humanos paleolíticos eran nómadas, buena parte de los neolíticos también, o eran semi-sedentarios. Debieron existir, además de los refugios en cuevas.
En el año de 13000 A. C. los primeros pobladores ya construían sus tiendas con estructuras de palos sobre los que colocaban pieles de animales. Luego en el año 8000 A. C. se hace la primera construcción de puentes con troncos y pilares de piedras planas y su objetivo era permitir el paso de personas sobre un río de poca profundidad sin mojarse. Para luego en el año 2500 A. C. se inventa el cigoñal que es una especie de grúa para extraer agua a un recipiente alto. Los materiales eran madera, piedra y tela. También es creado el telar que era utilizado para la construcción de tejidos y los materiales empleados eran dos troncos verticales y tres transversales.
HISTORIA DE LA MADERA:
La madera esta constituida por el conjunto de tejido que forman la masa de los troncos de los árboles, desprovistos de su corteza. Es el material de construcción más ligero, resistente y fácil de trabajar, utilizado por el hombre desde los primeros tiempos.
La madera fue el primer material de construcción de que dispuso el hombre. Además de usarla como combustible y como arma defensiva, la cabaña con estructura de madera y cubierta de ramas le proporcionó una defensa contra la intemperie. Luego la emplearía en la construcción de puentes y barcos.
La técnica de laminación relacionada con el uso decorativo de la madera es conocida por los egipcios desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de calidad les llevaba a técnicas de enchapado y marquetería.
Es en el siglo XIX, con la aparición de nuevos métodos de corte de chapas y, posteriormente, a comienzos del siglo XX con la aparición de nuevas colas y adhesivos, cuando el tablero contrachapado, tal y como lo conocemos hoy hace su verdadera aparición . Este tablero se puede curvar fácilmente, adoptando casi, cualquier forma.
La madera tanto maciza como laminada se empleó en la construcciones de vehículos, aeronaves y en la construcción de barcos. Los agentes protectores, los nuevos adhesivos y pinturas surgidos en desarrollo industrial de finales del siglo XIX y a lo largo del XX, le transformaron en un elemento duradero, fuerte y versátil.
ESTRUCTURA DE LA MADERA:
La madera esta constituida por una aglomeración de células tubulares de forma y longitud muy variables. En un corte transversal se aprecian diversas zonas:
Médula y radios medulares:
Es la parte central, la más antigua, y se forma por secado y resanificación. Forma un cilindro en el eje del árbol y está constituida por células redondeadas que dejan grandes meatos en sus ángulos de unión.
Duramen:
Es la parte inmediata a la médula o corazón, formado por madera dura y consistente impregnada de tanino y de lignina, que le comunica la coloración rosa.
Albura:
La albura es la madera joven, posee mas savia y se transforma con el tiempo en duramen al ser sustituido el almidón por tanino, que se fija en la membrana celular, volviéndola más densa e impuctrescible.
Cambium:
Es la capa generatriz, que se encuentra debajo de la corteza formada por células de paredes muy delgadas que son capaces de transformarse por divisiones sucesivas en nuevas células, formándose en la cara interna de células de xilema o madera nueva, y en la externa líber o floema.
Corteza:
Su misión es la protección y aislamiento de los tejidos del árbol de los agentes atmosféricos.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA
Las propiedades de la madera dependen del crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y distintas partes del tronco.
Anisotropía:
Las propiedades físicas y mecánicas de la madera no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado. Estas son las tres direcciones:
- La dirección axial es paralela a la dirección de crecimiento del árbol (dirección de las fibras)
- La radial es perpendicular a la axial y corta al eje del árbol.
- La dirección tangencial es normal a las dos anteriores.
Humedad:
Como la madera es higroscópica, absorbe o desprende humedad, según el medio ambiente. el agua libre desaparece totalmente al cabo de 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 está secada al aire.
Deformabilidad:
La madera cambia de volumen al variar su contenido de humedad, hinchamiento y contracción. Como la madera es un material anisótropo, la variación en sentido de las fibras es casi inapreciable, siendo notable en sentido transversal.Densidad:
La densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies: 1.56. La densidad aparente varía de una especie a otra, y aun en la misma, según el grado de humedad y zona del árbol.
En el siguiente link se muestran tipos de maderas con su respectiva densidad.
http://www.inti.gob.ar/maderaymuebles/pdf/densidad_comun.pdf
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA
Dureza:
Es la resistencia opuesta por la madera a la penetración o rayado. Interesa por lo que se refiere a la facilidad de trabajo con las distintas herramientas y en el empleo de la madera en pavimentos. Es la mayor dureza del duramen que la de la albura y la de la madera vieja que la de la joven.
Resistencia a la comprensión:
En la cual influyen varios factores: La humedad: en general, por debajo del punto de saturación de las fibras (30%), la resistencia a compresión aumenta al disminuir el grado de humedad, no obstante, a partir de ese % la resistencia es prácticamente constante.
También la dirección del esfuerzo tiene una gran repercusión en la resistencia a compresión de la madera, la máxima corresponde al esfuerzo ejercido en la dirección de las fibras y va disminuyendo a medida que se aleja de esa dirección. La rotura en comprensión se verifica por separación de columnillas de madera y pandeo individual de éstas. Cuanto mayor es el peso específico, mayor es su resistencia.
Resistencia a la Tracción:
La madera es un material muy indicado para el trabajo a tracción, su uso en elementos sometidos a este esfuerzo sólo se ve limitado por la dificultad de transmitir a dichos elementos los esfuerzos de tracción. La resistencia no estará en función del peso específico.
Resistencia al Corte:
Es la capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella. Este deslizamiento, puede tener lugar paralelamente a las fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura, porque la resistencia en esta dirección es alta y la madera se rompe antes por otro efecto que por éste.
Resistencia a la Flexión:
Puede decirse que la madera no resiste nada al esfuerzo de flexión en dirección radial o tangencial. No ocurre lo mismo si esta aplicado en la dirección perpendicular a las fibras.
Un elemento sometido a flexión se deforma, produciéndose un acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las inferiores. Al proyectar un elemento de madera sometido a flexión no sólo ha de tenerse en cuenta que resista las cargas que sobre él actúan , es necesario evitar una deformación excesiva, que provoque un agrietamiento en el material de revestimiento o alguna incomodidad de cualquier otro tipo, bastaría con aumentar el canto de la pieza aumentando la rigidez.
TIPOS Y CLASIFICACIONES DE LA MADERA
La madera es una sustancia que se encuentra en el tronco de un árbol. Este material se obtiene de la parte de un tronco que esta debajo de la corteza. Durante miles de años la madera se ha utilizado como combustible y como material de construcción, ya que se obtiene de árboles y arbustos que presentan una estructura fibrilar, por ello se utiliza para grandes áreas como la construcción.
CLASIFICACIÓN DE LA MADERA:
Se pueden hacer numerosas clasificaciones de la madera. La estructura de la madera es lo que determina la diversidad de los troncos y su utilización. Hay distintos tipos de madera que se distinguen:
Por su dureza en relación con el peso específico:
DURAS: Son las procedentes de árboles de crecimiento por lo que son mas caras, y debido a su resistencia, suelen emplearse en la realización de muebles de calidad. Estas son:
- Roble
- Nogal
- Cerezo
- Encina
- Olivo
- Castaño
- Olmo
Maderas blandas:
- Álamo
- Abedul
- Aliso
- Alnus glutinosa
- Alnus incana
- Carcoma
TIPOS DE MADERA:
Maderas Resinosas o Coníferas:
Son las mas antiguas, del final de la era primaria. Existen en las zonas frías y templadas, proporcionan las mejores calidades de madera de construcción, en cuanto se refiere a características de trabajo y resistencias mecánicas. Presentan un elevado contenido en resina.
Entre estas se encuentran:
- Pino Silvestre
- Madera de Pino
- Madera de Abeto
- Madera de Alerce
- Madera de Ciprés
- Madera de Cedro
Maderas Frondosas:
Aparecen al final de la era secundaria, son características de las zonas templadas y tropicales. Son las más frecuentes en la fabricación de muebles, ebanistería y revestimientos de madera. Presentan un bajo contenido en resinas.
- Roble
- Encina
- Haya
- Olmo
- Castaño
- Aliso
- Fresno
- Acacia
- Chopo
- Sauce
- Eucalipto
Maderas de Árboles Frutales:
- Nogal
- Cerezo
- Olivo
Maderas Tropicales:
Se denominan así a las maderas exóticas, de procedencia de bosques tropicales muy diversos y su origen son en las zonas tropicales de América, África y Asia. Su extraordinaria resistencia las hace irreemplazables para ciertos usos.
- Caoba
- Ébano
- Sapeli
- Teca
- Embero
- Iroko
MADERA LAMINADA
La madera laminada esta formada por largas láminas de madera encolada y prensada, quedando sus fibras orientadas en la misma dirección. Tienen un peso específico de 500 kg/m3, peso comparativamente inferior al Acero y Hormigón, lo que permite reducir el costo de las fundiciones y su utilización en terrenos poco resistentes. Por su naturaleza, la madera es un material prácticamente inalterable a agentes químicos y temperaturas extremas.
La madera laminada ofrece gran versatilidad para la creación arquitectónica, siendo especialmente adecuada en grandes luces.
Es un material renovable, acumulador natural de energía solar, poco necesitado de energía de transformación, no productor de agentes contaminantes y completamente reutilizable o reciclable.
Se pueden desarrollar diversa formas y dimensiones tanto en escuadría como en largo. El resultado es la fabricación de grandes vigas, tanto rectas como curvas.
Normalmente la madera laminada es fabricada con Pino radiata de calidad estructural grado G2 o superior.
La madera cuando está expuesta a la intemperie, puede ser atacada por distintos elementos xilófagos o biológicos, viento, lluvia, y la acción solar; rayos UV e infrarrojos.
Para evitar su acción destructiva, la madera se somete a un proceso de impregnación, por medio del cual se introduce a presión un compuesto químico, a base de cobre-cromo-arsénico, que reacciona con la celulosa y lignina, formando un precipitado insoluble que modifica la composición del material leñoso; por lo tanto, lo inutiliza como alimento para los diferentes xilófagos.
CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES:
Dadas sus características naturales y adecuados diseños, la madera laminada ofrece grandes ventajas con respecto a estructuras de acero u hormigón, tales como:
Liviandad: el peso propio de los elementos laminados son bastante inferiores a los elementos tradicionales de acero u hormigón, significando una reducida inercia, que en países sísmicos constituye una importante ventaja.
Flexibilidad: Se logran diseños de formas diversas, cubriendo grandes luces sin apoyos intermedios.
Aislación Térmica: La madera tiene una transmitancia térmica inferior a los materiales tradicionales, lo que significa excelentes propiedades aislantes.
Resistencia Química: En ambientes ácidos o alcalinos no reacciona con agentes oxidantes o reductores.
Resistencia al fuego: La madera laminada resiste por largo tiempo una eventual exposición ante las llamas. Muchos ensayos han demostrado que sólo se compromete 1.5 a 2.0 cm de la superficie exterior.
Links sobre la madera laminada interesantes:
ESPECIES DE MADERA EN GUATEMALA
A continuación se muestran algunas especies de madera que se dan en Guatemala.
- Pinabete Abies guatemalensis - Guapinol
- Santa María Calophyllum Brasiliense - Melina
- Pino de Petén - Hormigo
- Cedro Cedrela Oderata - Chichipate
- Caoba Swietenia macrophylla - Ceiba Petandra
- Rosul - Santa María
- Jocote Jobo - Ramon
- Ciprés
- Conacaste
- Matilisguate
- Palo Blanco
- Encino
Para la descripcion de cada madera dejo el siguiente link:
ESFUERZOS DE TRABAJO DE MADERAS GUATEMALTECAS:
A continuación se muestran algunas tablas que son útiles al momento del predimensionamiento de vigas de madera de las maderas guatemaltecas:
CARGAS MUERTAS Y VIVAS:
ESFUERZOS PERMISIBLES DE MADERA
PROPIEDADES DE VIGAS DE MADERA
TAREAS Y EJERCICIOS HECHOS EN CLASE DE ESTRUCTURAS
Primero se comenzó con pre dimensionamientos de columnas para tener referencia de ellas en los proyectos por realizar. El ejemplo es de un edificio de 4 niveles mas terraza.
Cálculo de cargas muertas y vivas en un edificio de dos niveles mas terraza con sus áreas tributarias:
Parcial No. 1
Edificio de 10 niveles mas azotea, para determinar la carga muerta y viva, dependiendo el uso y demás cargas que se van a colocar. (tabla adjunta anteriormente)
PLANTA
SECCIÓN
CÁLCULOS:
USO DE FORCE EFFECT:
EJEMPLO DE LA DETERMINACIÓN DE LA INERCIA DE UNA SILLA:
EJEMPLO DE ESTRUCTURA TIPO HOWE DE MADERA SIN CIELO FALSO
Estructura tipo howe de madera para techo utilizando dos tipos de madera, se adjunto la tabla de esfuerzos permisibles de trabajo para madera grado "c", dependiendo la especie va a variar su comprensión o tensión paralela a la fibra.
CON CIELO FALSO:
EJEMPLO DEL DISEÑO DE UN ENTREPISO DE MADERA.
Cálculo:
EJEMPLOS DE OBRAS INTERESANTES EN MADERA
CLUB DE CAMPO NUEVE PUENTES, COREA DEL SUR.
El proyecto consiste en un nuevo club social para un campo de golf de primera línea localizado a dos horas en vehículo de la ciudad de Seúl. Está integrado por tres edificios: la casa club principal de los socios regulares, una zona de socios VIP y un área de alojamiento para socios VIP.
La espacialidad del atrio del club social principal, está compuesta por gráciles de columnas de madera que se abren hacia el cielo, generando una única estructura entre ambos, mientras que los cierros son de cristal translúcido, logrando una transparencia y apertura espacial total. Las columnas de madera laminada, dispuestas en forma radial, suben verticalmente y se curvan alcanzando la horizontalidad en el plano de la cubierta formando una retícula hexagonal.
La estructura de madera de tres pisos de alto se expone como el material de acabado interior, y recibió la aprobación del departamento de bomberos mediante el sobredimensionamiento de las piezas de madera en el proyecto, de manera que actuaran como material ignífugo. La calidez y textura de la madera se perciben a lo largo de todos los recintos interiores del edificio.
CENTRE POMPIDOU - METZ, FRANCIA:
CASEY KEY GUEST HOUSE:
El diseño está pensado para evocar una arquitectura orgánica que está influenciada por un reflejo del sitio. El proyecto de arquitectura de la residencia de huéspedes, se encuentra situada en una isla, a lo largo de la Bahía de Sarasotase, la construcción se baso en el uso de la madera de roble maduro.
La estructura de madera fue inspirado por dos elementos. En primer lugar, el propietario de un programa de oración que decía; "...respetar la tierra, y el resto vendrá solo". En segundo lugar, los robles que fueron moldeadas por los vientos costeros del oeste, influyeron en la forma estructural de la casa de huéspedes.
Las vigas de madera laminada fueron seleccionados por su capacidad para envolver la estructura alrededor del espacio. Las vigas laminadas de pino, que se curvan sobre todo el espacio, difuminan la distinción entre la pared y el techo. El resultado es una estructura abierta hacia el este y el oeste, pero sólido y privados hacia el norte.
EDIFICIO DE MADERA LAMINADA MAS ALTO DEL MUNDO EN AUSTRALIA
Lend Lease, empresa inmobiliaria australiana, ha desarrollado lo que ellos llaman "el edificio de viviendas de madera más alto del mundo", en el puerto de Victoria, en Melbourne, Australia. El proyecto fue diseñado con piezas prefabricadas de madera laminada Cross (CLT) y según la empresa, su construcción fue un 30% mas eficiente y rápida gracias a la facilidad de traslado e instalación de los elementos constructivos, generando un menor tráfico de maquinarias y una menor cantidad de emisiones de CO2 y residuos.
El edificio Forté Apartments se comprende 10 pisos, con 23 departamentos residenciales y 4 de un mayor tamaño.
Para obtener mas información dejo unos videos y un link de la pagina propia del proyecto:
Descripción del proyecto:
Página del proyecto:
LINKS EXTRAS SOBRE MADERA
VIDEOS SOBRE LA MADERA
FUENTES UNIVERSITARIAS (TESIS)
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