INTRODUCCION

La madera es un material muy importante dentro del campo de la ingeniería civil, ya que éste puede asociarse mucho en la elaboración del encofrado de un pilar al momento de hacer la fundición, no solo para ese ejemplo anterior sino hay muchas aplicaciones de la madera, es importante Los pisos o suelos, pueden ser pavimentados principalmente de madera o azulejos, en esta investigación se va a centrar la atención en las utilidades que le dan a la madera, sobre todo en las etapas de colocación de ésta en la construcción que se realiza.

Resulta casi imposible resistirse a la belleza de un piso de madera y de utilizarla como encofrado. La calidez la cual es un fiel sinónimo de la naturaleza, ya que, nunca pierde su vigencia.

La madera es un material del cual tiene sus ventajas y desventajas al momento de utilizarla debido a que al momento de sacarlo de un encofrado hay que enlucir el hormigón lo que no sucede cuando se utiliza le plástico como recubrimiento. El hombre buscó refugiarse de la intemperie al salir de sus cuevas y desde esa época usó madera, la misma que hoy se reconoce como material primordial en la construcción habitacional que incluye desde las casas de troncos y tablas, donde se utilizaban técnicas muy elementales, hasta las modernas construcciones como grandes edificaciones para apartamentos y casas de recreo, de gran calidad, riqueza tecnológica y diseño arquitectónico. La madera, como recurso natural renovable, ofrece grandes ventajas ambientales favoreciendo procesos de soporte al ecosistema y brindando enormes garantías como materia prima de alto potencial físico, mecánico y estético para la construcción. Es tal vez el material más antiguo en construcción, sus excelentes resultados y aplicaciones se contemplan en obras arquitectónicas de gran belleza en Europa Estados Unidos y algunos países de América Latina. Todas y cada una de las soluciones desarrolladas por el hombre para asegurar el buen comportamiento de la madera en construcción, arrojan los mejores resultados y por eso desconocer las ventajas del material parece insensato. La madera ha sido usada permanentemente en la construcción a lo largo de la historia de la humanidad, ya sea como materia prima principal en la edificación o como material para acabados, para encofrados de pilares, dentro de utilería para construcción como también su belleza y funcionalidad

LA MADERA

La madera es un material duro y resistente que se produce mediante la transformación del árbol. Es un recurso forestal disponible que se ha utilizado durante mucho tiempo como material de construcción. La madera es uno de los elementos constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado para la construcción de sus viviendas y otras edificaciones.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA MADERA

La madera es poroso, combustible, higroscópica y deformable por los cambios de humedad ambiental, sufre alteraciones químicas por efectos del sol, y es atacable por mohos, insectos y otros seres vivos. Es un material delicado, aunque hoy en día existen tratamientos muy eficaces para paliar las desventajas nombradas anteriormente. 

CARACTERISTICAS EXTERNAS DE LA MADERA

La característica externa de la madera constituye un factor muy importante puesto que influye en la selección de esta para su empleo en la construcción, ambientación de interiores o ebanistería, ellas son:

- El Color: es originado por la presencia de sustancias colorantes y otros compuestos secundarios. Tiene importancia en la diferenciación de las maderas y, además, sirve como indicador de su durabilidad. Son en general, maderas más durables y resistentes aquellas de color oscuro.

-Olor: es producido por sustancias volátiles como resinas y aceites esenciales, que en ciertas especies producen olores característicos.

- Textura: está relacionada con el tamaño de sus elementos anatómicos de la madera, teniendo influencia notable en el acabado de las piezas.

- Veteado: son figuras formadas en la superficie de la madera debido a la disposición, tamaño, forma, color y abundancia de los distintos elementos anatómicos. Tiene importancia en la diferenciación y uso de las maderas.

- Orientación de fibra o grano: es la dirección que siguen los elementos leñosos longitudinales. Tiene importancia en la trabajabilidad de la madera y en su comportamiento estructural.

IMPORTANCIA DE LA MADERA EN LA CONSTRUCCION:  

Todos al escuchar hablar acerca del uso de la madera en la construcción, optarían por pensar que La madera, es un recurso tradicional y antiguo, pero la realidad es otra. En la actualidad y por casi toda una vida la madera ha servido de gran utilidad en la construcción de viviendas familiares en países ricos y desarrollados, los cuales podrían emplear otro tipo de material, como el acero, hormigón, etc.Es el caso de la población norteamericana, en donde la construcción de viviendas unifamiliares, posee un intervalo de 80 a 90% de construcción en madera, (CANADA Y EEUU), con una tipología autóctona, ideada a base de madera como elemento constructivo primordial. En varios casos toman como ventaja, el hecho de realizar una vivienda sin elementos pesados, con una arquitectura ligera y sobre todo económica. En el caso de muchos países de Europa, al igual que en Norte de América, el uso de la madera más que tradicional, tienen una cultura con más de 400 años en este tipo de construcción, y a su vez poseen construcciones de más de 40 años, las cuales permanecen en perfecto estado, tenemos el caso de Dinamarca, Noruega, Suecia, etc. Esto sin contar el gran uso que posee en América Latina y otras partes del mundo. Las ventajas de La madera consisten en tener presente que la madera es un recurso renovable y natural, que denota sencillez y a su vez genera un gran sentido de confort y tranquilidad. Pero esto no quiere decir que una estructura en madera sea mejor que cualquier otro material, simplemente queremos resaltar la importancia de la misma y la gran utilidad que aún tiene en la actualidad, aunque en muchos casos no resuelve instancias de diseño, pero si resuelve un confort para quien haga buen uso de ella.

En el barrio de Hackney en Londres, se ha aprobado la construcción de un edificio de nueve pisos en madera. El proyectista, arquitecto Waugh Thisleton, afirma que será el edificio de viviendas más alto construido hasta ahora en madera. Constará de 29 departamentos y su costo se estima en 3 millones de libras. El sistema constructivo se basa en el uso de paneles de madera laminada. No sólo se construyeron en madera los muros portantes sino también las paredes de la caja del ascensor. El concepto de la fachada se inspira en la obra del artista Gerhard Richter y muestra las luces y sombras que generan los edificios y árboles del entorno con los cambios de la luz del sol. Ese efecto se logra con el uso de 5000 paneles prefabricados de madera pintados de blanco, gris y negro.

MADERA- ÁRBOL

Las especies forestales se clasifican en dos grandes grupos:

CONIFERAS Y LATIFOLIADAS

Las diferencias son de tipo botánico, pero no pueden extrapolarse al campo de las propiedades físico – mecánicas • Confusión proviene de la denominación inglesa:

Hardwood (maderas duras)

Softwood (Maderas blandas)

Concepto no aplicable a maderas chilenas ya que existen coníferas con propiedades físico-mecánicas mejores que las latifoliadas y viceversa.

1.- CONIFERAS

Los bosques de coníferas: naturalmente en el hemisferio norte, en zonas frías y templadas y, en menor proporción, en zonas similares del hemisferio sur.

Las coníferas se hallan en menor número que las latifoliadas.

En Perú casi no hay bosques de coníferas naturales, sólo por plantaciones.

Las coníferas se caracterizan por presentar:

• El árbol, generalmente de tronco recto, cónico hasta su ápice y có revestido por las ramas.

• La madera, homogénea y constituida homogénea por células que se agrupan en bandas concéntricas claras o leño de primavera y oscuras o leño de verano, las cuales conforman anillos de crecimiento crecimiento.

2.- LATIFOLIADAS

Los bosques nativos de nuestro país están compuestos en su gran mayoría por especies latifoliadas de clima templado.

Las latifoliadas de distinguen por tener:

• El árbol, de copa ramificada bien definida. El tronco varía en dimensiones y formas.

• La madera, o leño, heterogéneo, lo forman diferentes tipos de células. A diferencia de las coníferas, las latifoliadas presentan vasos. Por lo general no se pueden diferenciar fácilmente los anillos de crecimiento de la madera, como en las coníferas.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las características de la madera varían según su contenido de humedad, la duración de la carga y la calidad de la madera (dureza, densidad, defectos…).

Las características mecánicas de la madera pueden ser analizadas a través de las fibras paralelas y las fibras perpendiculares. En las fichas técnicas analizaremos las fibras en el sentido paralelo, pues la resistencia es mayor que en sentido perpendicular.

Sentido paralelo de las fibras Sentido perpendicular de las fibras

En ellas indicaremos, además, tres fuerzas mecánicas (resistencia a la flexión, resistencia a la compresión y resistencia a la tracción) y el valor del módulo de elasticidad. He aquí, individualmente, cada una de esas propiedades:

1. Resistencia a la flexión: es la fuerza que hace la madera contra las tensiones de compresión y tracción de las fibras en paralelo.

Resistencia a la flexión

La madera puede estar en distintas posiciones a la hora de enfrentarse a las fuerzas de flexión: entre dos apoyos, sobre dos apoyos o adherida a una pieza.

Esta propiedad es muy importante cuando las piezas son largas y finas (estantes, bancos, suelos…). La resistencia de la madera a la flexión suele ser muy grande.

2.   Resistencia a la tracción : es la fuerza que realiza la madera ante dos tensiones de sentido contrario que hacen que disminuya la sección transversal y aumente la longitud.

Aunque en la producción de mueble tiene muy poca importancia, es muy importante en estructuras de madera.

Resistencia a la tracción

3.   Resistencia a la compresión : fuerza que realiza la madera contra tensiones que tienden a aplastarla. El efecto de aplastamiento es mayor con las fibras de sentido perpendicular, que en sentido contrario.

Resistencia a la compresión

4.   Módulo de elasticidad : propiedad de la madera para curvarse longitudinalmente sin romperse. En la madera existen dos módulos de elasticidad, en las fibras en sentido paralelo: el módulo de elasticidad a la tracción, y el módulo de elasticidad a la compresión; de hecho, como hemos podido ver anteriormente, la resistencia ante dichas fuerzas adquiere valores diferentes.

En la práctica, en las fibras en sentido paralelo se utiliza un único valor del módulo de elasticidad.

Para calcularlo, se tienen en cuenta los anteriores valores de tracción y compresión. Su valor, según la calidad de la madera, suele ser de entre 70.000 y 120.000 kg/cm2.

PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA

La madera es un material de crecimiento natural, constituido por entramados celulares anisotrópicos, compuesto esencialmente por celulosa y ligados entre sí por un cementante, la lignina. Las distintas células, de forma tubular (L1mm. A 8mm), se disponen predominantemente según la dirección axial del tronco, pero también existen algunas dispuestas T transversalmente, por este motivo es, en gran medida, la diferente respuesta estructural de la madera.

HIGROSCOPICIDAD

• Llamamos higroscopicidad a la propiedad que tiene la madera de intercambiar agua con el ambiente. Este intercambio depende sobre todo de la humedad y de la temperatura del aire. Es casi constante en lo que se refiere a las distintas maderas, porque se trata de una PSF propiedad de la pared celular. • Este agua se absorbe en distintos niveles: aire - Agua de sorción o constitución: es la que retiene la celulosa. Se sorció constitución absorbe con más fuerza y forma puentes de hidrógeno entre las distintas moléculas. Provoca la hinchazón en sentido radial y transversal. Tiene una influencia directa sobre las propiedades de la madera y es la más difícil de extraer, ya que es necesario para lograrlo agua de forma completa usar estufa a 105 ºC. Por tanto, salvo el caso de madera seca anhidra, siempre estará presente y en equilibrio con el aire. HUMEDAD DE LA HUMEDAD DE LA - Agua de adsorción o saturación, se adhiere a la pared celular, cuesta menos desprenderla pero a su vez más que el MADERA sólido - Agua capilar: retenida en las estructuras microscópicas celulares por capilaridad,

se presenta cuando la fibra empieza a estar saturada. MADERA - Agua libre: llena el lumen celular, y satura por completo la madera, se presenta en la madera verde y completamente saturada por inmersión. No tiene ligazón.

DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN

Se entiende como miembros a compresión a aquellos elementos que se encuentran principalmente solicitados por cargas de compresión, como columnas y entramados; pero en general un elemento estructural es solicitado por más de un tipo de esfuerzo, por lo que en la realidad casi todas las columnas estructurales trabajan a compresión y flexión combinadas (flexo-compresión). Las columnas son elementos donde las cargas principales actúan paralelas al eje del elemento, y por lo tanto trabaja principalmente a compresión; cuya longitud es varias veces mayor que su dimensión lateral más pequeña. El esfuerzo de compresión es muy peligroso en este tipo de elemento estructural, por la presencia de  pandeo, que es una falla por inestabilidad. El tipo de columna que se usa con mayor frecuencia es la columna sólida sencilla, que consiste en una sola pieza de madera, cuya sección transversal es cuadrada u oblonga. Las columnas sólidas de sección transversal circular son usadas con menos frecuencia. Una columna formada por  varios miembros es un ensamble de dos o más miembros cuyos ejes longitudinales son paralelos; se impide que se toquen los elementos mediante unos bloques separadores colocados en los extremos y punto medio de su longitud. Otros tipos de columnas son las llamadas columnas compuestas, que están conectadas mediante sujetadores mecánicos. Los pie-derecho en marcos ligeros de madera y en entramados también son columnas. En el procedimiento de diseño del “Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino” deben de seguir los siguientes pasos:

Para COMPRESIÓN AXIAL:

1. Definir las bases de cálculo.

a) Grupo estructural de la madera a utilizarse

 b) Cargas a considerarse en el diseño

c) Condiciones de apoyo, y factor de longitud efectiva.

2. Determinar efectos máximos.

3. Establecer los esfuerzos admisibles, módulo de elasticidad, así como el valor de C k 

4. Asumir una escuadría, y extraer sus propiedades geométricas.

5. Calcular la esbeltez para cada dirección.

6. Calcular la carga admisible, y compararla con la carga solicitante.

Para FLEXOCOMPRESIÓN:

1. al 6. Se determina de la misma manera que para Compresión Axial.7.Determinar la carga crítica de Euler.8.Calcular el factor de amplificación de momentos k  m

.9.Verificar que la ecuación general de elementos a flexocompresión seasatisfecha (que de un valor < a

1).El diseño de elementos sometidos a compresión o flexo-compresión debe realizarse tomando en cuenta su longitud efectiva, que será denotada por ef  L. La longitud efectiva es “la longitud teórica de una columna equivalente con articulaciones en sus extremos” .Esta longitud efectiva se obtiene multiplicando la longitud no arriostrada “L” por un factor de longitud efectiva “ k ”, que considera las restricciones o grado de empotramiento que sus apoyos extremos le proporcionan .El Manual de Diseño para Maderas recomienda que en ningún caso se tome una longitud efectiva menor que la longitud real no arriostrada, o sea por más de que el factor k sea menor que 1 de acuerdo con las condiciones extremas, se recomienda tomar mínimamente k =1, debido al grado de incertidumbre de restricción al giro que las uniones puedan proporcionar .En la siguiente tabla se presentan algunos casos para la evaluación de la longitud efectiva en función de sus restricciones

A continuación se presenta una recomendación para la determinación del factor k que se usará para el diseño. Los valores teóricos para el factor k que está en función del grado de restricción de los extremos de la columna, deben ser aumentados por el valor mostrado en la tabla 4.2, donde puede apreciarse que la mayor acción se realiza cuando existe un extremo empotrado, ya que no existe un “empotramiento perfecto” en las estructuras de que se construyen en la actualidad; esta recomendación es realizada por la norma americana LRFD1996, y conviene tenerla en cuenta al momento del diseño

Cabe remarcar lo siguiente: El valor del factor k se debe determinar correctamente, ya que un error en su determinación (por pequeño que fuese) trae consigo en el diseño un error grande en el cálculo de la esbeltez y de la capacidad de carga de la columna; y por consiguiente una posible falla de la columna que trae consigo un colapso de la totalidad dela estructura. Es por eso que si se tiene dudas en las condiciones de restricción en los extremos de las columnas se debe tomar valores de k que sean conservadores; por ejemplo si no se esta seguro que el extremo de una columna que forma parte de un pórtico restringe totalmente los desplazamientos laterales (esto mediante la utilización de muros de corte o diafragmas verticales suficientemente rígidos), entonces se debe asumir que la unión no restringe los desplazamientos laterales y por tanto le corresponde a la columna un valor de k mayor que 1.

ESBELTEZ.-

En estructuras de madera la esbeltez de una columna maciza simple aislada es la relación entre la longitud efectiva y la dimensión del lado menor de su sección transversal (para columnas rectangulares; tomar el diámetro si fuese columna redonda), expresada en ecuación sería

Cuando se tenga una columna rectangular donde la longitud efectiva varié en sus dos direcciones (de su sección transversal), se debe calcular la esbeltez para ambas direcciones, y se debe usar para el diseño la esbeltez que sea mayor

. La esbeltez para columnas macizas simples está limitada a λ = 50; para columnas formadas por varios miembros la esbeltez está limitada a λ = 80

Clasificación de las columnas según su esbeltez.-

Según el “Manual de Diseño para maderas se clasifica a las columnas macizas simples en función a su esbeltez e

De la anterior tabla C k es la relación de esbeltez para la cual la columna, considerada como columna larga, tiene una carga admisible igual a dos tercios de la carga de aplastamiento: 2/3Af c, donde Aes la sección transversal y f c es el esfuerzo admisible máximo a compresión paralela a las fibras. Los valores de C k para cada uno de los tres grupos estructurales se presentan a continuación