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CURSO CONSTRUCIÓN EN MADEIRA CÁLCULO ESTRUTURAS

23-24 Outubro 20086-7 Novembro 2008

Título: Propiedades físicas e mecánicas da madeira

Ponente: Azahara Soilán Cañás

Organismo/Empresa: CIS Madeira

CÁLCULO ESTRUTURAS / CURSO CONSTRUCIÓN MADEIRA 2008


ESTRUCTURA MICROSCÓPICA

CONÍFERAS

90 % traqueidas: función conductora y de sostén

Sección A. Transversal.1. Canal resinífero longitudinal2. Radios leñosos3. Traqueidas longitudinales4. Células epiteliales5. Sección de punteadura areolada

Sección B. Radial.6. Punteaduras aeroladas7. Punteaduras tipo ventana8. Traqueidas radiales9. Células parénquima radial

Sección C. Tangencial.10. Canal resinífero.

1

32

4

5

7

8

9

10

6

Fuente: García Esteban y otros. 2003


ESTRUCTURA MICROSCÓPICA

FRONDOSAS

Células más especializadasEstructura más complejaTraqueidas: función de sosténVasos: función conductora

1

32

4

5

7

8

9

11

6

10

Fuente: García Esteban y otros. 2003.

Sección A. Transversal1. Vaso2. Parénquima longitudinal3. Radio leñoso

Sección B. Radial4. Elemento vasal5. Parénquima longitudinal8. Radio leñoso9. Fibrotraquiedas

Sección C. Tangencial10. Radio leñoso11. Fibrotraqueidas


Fuente: Vignote y Martínez, 2006.

Lámina media: lignina + hemicelulosa. Elemento de cohesión entre células para formar tejidos.

Pared primaria: microfibrillas incrustadas en un fondo de lignina.

Pared secundaria: microfibrillas incrustadas en pequeñas proporciones de lignina donde se distinguen tres capas que contienen microfibrillas con distintas orientaciones.

Tubos de cadenas de celulosa dispuestos según el eje del árbol ligados entre sí mediante lignina.

ESTRUCTURA ULTRAMICROSCÓPICA

COMPOSICIÓN DE LA PARED CELULAR


CORTEZA: constituida por células muertas.

CAMBIUM: tejido que origina corteza hacia el exterior y madera hacia el interior.

DURAMEN: madera de la parte interior del tronco. Madera más oscura, más densa (mayor resistencia mecánica) y mayor resistencia a los ataques de insectos.

ALBURA: madera de la parte más próxima a la corteza. Madera fácil de tratar y de trabajar.

CORTEZA

CAMBIU

M

ALBURA

DURAMEN

ESTRUCTURA MACROSCÓPICA


ANILLOS DE CRECIMIENTO

MADERA JUVENIL

ANILLOS DE CRECIMIENTO: crecimiento anual. Diferencia madera de primavera y madera de verano.

MADERA JUVENIL: madera producida durante los 5-20 primeros anillos de crecimiento. Más marcada en coníferas. Menor resistencia y rigidez y mayor hinchazón y merma.

Se encuentra en la zona del duramen. En árboles de crecimiento rápido con alta proporción de madera juvenil, el duramen puede tener características mecánicas inferiores a la albura.

MADERA DE REACCIÓN: madera modificada como respuesta a un esfuerzo adicional en una dirección. En el caso de la madera a compresión, la densidad es mayor (mejores características mecánicas) y tiene mayores deformaciones durante el secado y tendencia a la rotura frágil.

ESTRUCTURA MACROSCÓPICA


Las propiedades físicas y las características mecánicas de la madera dependen de la dirección del esfuerzo respecto a la dirección de las fibras.

En la madera se consideran 3 direcciones principales:

- Axial: paralela al eje de crecimiento del árbol

- Radial: perpendicular a la axial y cortando al eje del árbol

- Tangencial: perpendicular a la dirección axial y a la radial.

Fuente: Vignote 1995

Para definir las propiedades de la madera, se distinguen dos direcciones principales:

- Paralela a la fibra

- Perpendicular a la fibra

ANISOTROPÍA


Árbol recién apeado: 60-150 % de humedad.

Humedad de equilibrio higroscópico (HEH): humedad de la madera en la que se equilibra la fuerza de absorción de humedad de la madera con la fuerza desecante del aire.

Estimación de humedad :

En obra: Xilohigrómetro

HUMEDAD

seco peso :Phúmedo peso:P

% humedad :h

x100P

PPh

0

h

0

0h −=

En laboratorio:


Condiciones de ensayo de las propiedades mecánicas de la madera:

20 ºC y 65% humedad relativa del aire.

HEH: 12%

Kollman 1959

HUMEDAD


CTE : SE-M Anejo F. Valores orientativos de humedad de equilibrio de la madera, con uso en exterior protegido de la lluvia.

En medios muy húmedos 25-30 %Expuestas a la humedad (no cubiertas) 18-25 %Obras cubiertas pero abiertas 16-20 %Obras cubiertas y cerradas 13-17 %En local cerrado y calefactado 12-14 %En local con calefacción continua 10-12 %

HUMEDAD


Anisotropía de la madera: variaciones dimensionales diferentes en las tresdirecciones: longitudinal, radial y tangencial.

Mayor variación dimensional Dirección tangencial

Variación radial 50-60 % dirección tangencial

Variación longitudinal 2-4 % dirección radial

Punto de saturación de la fibra (PSF): H=30%.

Si H% > PSF No efecto hinchazón y merma.

Dirección tangencial

Dirección radial

HINCHAZÓN Y MERMA


Coeficiente de contracción volumétrica: variación de volumen que experimenta la madera, cuando la humedad varía un 1%.

·100·HV

VV(%)0

0−= hν

Coeficiente de contracción radial: ·100·HRRR

0

0hR

−=ν

Coeficiente de contracción tangencial: ·100·HT

TT0

0hT

−=ν

Coeficiente de contracción lineal (tangencial o radial): % de variación dimensional en la dirección considerada para una variación de 1% en el contenido de humedad.

HINCHAZÓN Y MERMA

H %Th

Rh

H= 0%T0

R0


Maderas nerviosas: diferencias acusadas entre coeficientes de contracción tangencial y radial, mayor tendencia al alabeo durante el secado.

Maderas nobles: diferencias pequeñas entre coeficientes de contracción tangencial y radial, menor tendencia al alabeo durante el secado.

Variaciones dimensionales según la dirección que se considere

Fuente: Medina (1988)

Corte tangencial: mayor alabeo

Corte radial: menor alabeo

HINCHAZÓN Y MERMA


La contracción de la madera afecta a:

- Tensiones originadas en los medios de unión: pueden originarse grietas en la madera próxima a los medios de fijación.

- Desajustes y holguras en los medios de unión.

- Aparición de fendas de secado.

Densidad = Masa/Volumen

> Densidad >Resistencia

Madera maciza de coníferas: 290-460 kg/m3

Madera maciza de frondosas: 530-900 kg/m3

Madera laminada encolada coníferas: 380-450 kg/m3

Densidad característica:

HINCHAZÓN Y MERMA

DENSIDAD


Fuente: Vignote (1995)

Resistencia elevada:FlexiónTracción paralelaCompresión paralela

Resistencia intermedia:Cortante

Resistencia reducida:Compresión perpendicular (1/5 paralela)

Resistencia muy reducida: Tracción perpendicular (1/30 paralela)

Módulos elasticidad: Longitudinal: E: 7.000-12.000 N/mm2

Transversal: G: E/16

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA


Coníferas: ft,0,k = 8-18 kN/mm2

Frondosas: ft,0,k = 18-24 kN/mm2

Madera laminada: ft,0,g,k =16,5-19,5 kN/mm2

Pendolón de cercha

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA ft,0,k

f: valor de resistenciat: tracción0: ángulo respecto a la fibrak: valor carcterístico

ft,0,k


Pilares


COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA


f: valor de resistenciac: compresión0: ángulo respecto a la fibrak: valor carcterístico

fc,0,k

Coníferas: fc,0,k = 16-23 kN/mm2

Frondosas: fc,0,k = 23-26 kN/mm2

Madera laminada: fc,0,g,k =24-26,5 kN/mm2

fc,0,k

Montantes arriostramiento


Vigas de forjado y viguetas de forjado

FLEXIÓN


fm,k

f: valor de resistenciam: flexiónk: valor característico

fm,k

Coníferas: fm,0,k = 16 - 30 kN/mm2

Frondosas: fm,0,k = 30 - 40 kN/mm2

Madera laminada: fm,0,g,k = 24-28 kN/mm2


Piezas de directriz curva

Soluciones constructivas incorrectas

Fuente:Arriaga et al.,2.000

TRACCIÓN PERPENDICULAR Á FIBRA


f: valor de resistenciat: tracción90: perpendicular á fibrak: valor característico

ft,90,k

Coníferas: ft,90,k = 0,4 – 0,6 kN/mm2

Frondosas: ft,90,k = 0,6 kN/mm2

Madera laminada: ft,90,g,k = 0,4 – 0,45 kN/mm2

ft,90,k


Apoyo de vigas: forjado, vigas principales de pasarela.

COMPRESIÓN PERPENDICULAR Á FIBRA


fc,90,k

f: valor de resistenciac: compresión90: perpendicular á fibrak: valor característico

fc,90,k

Coníferas: fc,90,k = 2 – 2,7 kN/mm2

Frondosas: fc,90,k = 8 – 8,8 kN/mm2

Madera laminada: fc,90,g,k = 2,7 – 3 kN/mm2


En flexión: Cortadura + deslizamiento

CORTANTE


fv,k

f: valor de resistenciav: cortantek: valor característico

fv,k

Coníferas: fv,k = 1,7 - 3 kN/mm2

Frondosas: fv,k = 3 – 3,8 kN/mm2

Madera laminada: fv,g,k = 2,7 – 3,2 kN/mm2

Fuente: Arriaga et al.,2.000

Fuente: Arriaga et al.,2.000


Valor medio módulo de elasticidad longitudinal paralelo a la fibra (E0,medio):Coníferas: 7 - 12 kN/mm2

Frondosas: 10 - 11 kN/mm2

Madera laminada: 0,39-0,42 kN/mm2

Valor medio módulo de elasticidad longitudinal perpendicular a la fibra (E90,medio):Coníferas: 0,23 - 0,40 kN/mm2

Frondosas: 0,64 - 0,75 kN/mm2

Madera laminada: 0,39 - 0,42 kN/mm2

Valor medio módulo de elasticidad transversal (Gmedio):Coníferas: 0,44 - 0,75 kN/mm2

Frondosas: 0,60 - 0,70 kN/mm2

Madera laminada: 0,72 – 0,78 kN/mm2

MÓDULO DE ELASTICIDAD


-Contenido de humedad

-Duración de la carga

-Tamaño de la pieza

-Carga compartida

-Calidad de la madera

kmod

Propiedades mecánicas. Clases resistentes.

ksys

kvol

Variación en las propiedades mecánicas de madera libre de defectos para una variación del 1 % de humedad.

Propiedad VariaciónCompresión paralela 5 %Compresión perpendicular 5 %Tracción paralela 2,5 %Tracción perpendicular 2 %Flexión 4 %Cortante 3 %Módulo de elasticidad paralelo 1,5 %

Clases de servicio

FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA

HUMEDAD


Condiciones de ensayos de determinación de propiedades mecánicas:

DURACIÓN DE LA CARGA

HEH:12%

Humedad relativa del aire: 65 % aprox

Temperatura: 20 ºC.

La resistencia de la madera depende de la duración de la carga.

Carga de duración permanente: resistencias un 60 % menores que en los resultados del ensayo (5+-2 min).

CLASE DE SERVICIO

+

DURACIÓN DE LA CARGA:

kmod


TAMAÑO DE LA PIEZA

A mayor volumen, menor tensión de rotura.

Factor de altura kh Madera aserrada: canto menor que 150 mm, mejora la resistencia característica a flexión y a tracción paralela a la fibra.

Madera laminada: canto menor que 600 mm, mejora la resistencia característica a flexión y a tracción paralela a la fibra.

Madera microlaminada: canto diferente a 300 mm, afecta al valor de la resistencia característica a flexión.

Factor de volumen kvol Madera laminada: volumen a comprobar mayor que V0=0,01 m3

afecta a la resistencia característica a tracción perpendicular.

Factor de longitud kLMadera microlaminada: longitud diferente de 3.000 mm, afecta a la resistencia a característica a tracción paralela.



CALIDAD DE LA MADERA: CLASIFICACION VISUAL

NORMA UNE 56.544:2003

Clasificación visual de la madera para uso estructural. Madera de coníferas.

Clasificación:

ME-1: Mejor calidad

ME-2: Calidad media

MER: Rechazo



Nudo de cara

Nudo de canto

Nudo de margen

NUDOS


CALIDAD DE LA MADERA. CLASIFICACION VISUAL


NUDOS




FENDAS

BOLSAS DE RESINA

d




MADERA DE COMPRESIÓN

DESVIACIÓN DE LA FIBRA




ALTERACIONES BIOLÓGICAS

AZULADO MUÉRDAGO


GEMA



CURVATURA DE CARA

CURVATURA DE CANTO

ATEJADO

ALABEO


DEFORMACIONES



Clasificación manual Clasificación mecánica


CLASIFICACIÓN DE CALIDAD DE MADERA

ESPECIE Y PROCEDENCIA

CARACTERIZACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS

ENSAYOS EXPERIMENTALES según: prEN-408:2003 Estructuras de Madera. Madera Aserrada y Laminada Encolada Uso structural. Determinación de Propiedades Físicas y Mecánicas

Módulo de Elasticidad en flexión estática de la PiezaResistencia a la flexiónCarga de RoturaHumedad y Densidad


CLASIFICACIÓN VISUAL

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL

LABORATORIO DE MADERAS. INIA. M.GUAITA

F/2F/2

F/2

F/2


prEN-408 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

F/2F/2

F/2

F/2Mmáx = a * F/2

a = 6H




F/2 F/2

6H

5H



DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

Em,l = )w16·I·(w

)F·(Fa·l

12

122

1

−−



2·W

a·Fmáxfm(MOR) =

RESISTENCIA A FLEXION ESTATICA ( MOR )



CTE DB SE-M. ANEJO C

Eucalipto España D40 Clasificada según UNE 56.546CÁLCULO ESTRUTURAS / CURSO CONSTRUCIÓN MADEIRA 2008

ASIGNACIÓN DE CLASES RESISTENTES. MADERA ASERRADA.

UNE EN 1912:2004


VALORES DE PROPIEDADES DE RESISTENCIA, RIGIDEZ Y DENSIDAD. Madera aserrada, madera laminada encolada y tableros

CTE DB SE-M. ANEJO E

Clasesresistenteshabituales: C18 y C24

ConíferasConíferas




Clases resistentes habituales : D40

FrondosasFrondosas




Clases resistentes habituales : Gl24h y Gl28h

Madera laminada encolada

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