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_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA COMANDO GENERAL DEL EJÉRCITO ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA “Mcal. Antonio José de Sucre” BOLIVIA

INFORME AL

:

Ing. Alberto Escalier Torrejón DOCENTE DE LA MATERIA DE ESTRUCTURAS DE MADERA

DEL

:

Tte. Ing. Willy Rodríguez Sagredo Cap. Ing. Jamil Balderrama Medrano Est. Luís Fernández Benavides

OBJETO

:

Informar sobre los resultados obtenidos del trabajo referente al proyecto del diseño de una mezanine de un edificio con todos los cálculos establecidos para una carga de servicio funcional destinado a una vivienda unifamiliar.

FECHA

:

Cochabamba, 04 de Junio del 2009.

1.-

INTRODUCCION.La existencia de un material natural está estrechamente relacionada con la invención de las herramientas para su explotación y determina las formas constructivas, las piedras naturales se utilizaron en los monumentos más representativos debido a su permanencia y a su resistencia al fuego, debido a que la piedra se puede tallar, la escultura se integró fácilmente con la arquitectura. La Industria maderera es un sector que se ocupa de la producción de madera para la construcción (tablas, tablones, vigas y planchas), para la fabricación de postes de telégrafo, barcos, travesaños de ferrocarril, contrachapados, muebles y ebanistería, en nuestro país contamos con áreas destinadas a la explotación de las principales maderas que son utilizadas en construcciones como vigas, pisos, soportes, encofrados, estructuras para techados, ornamentación, etc.

2.-

OBJETIVOS.-

2.1.-

Objetivo General Diseñar el piso de un mezanine situado en un edificio con todos los cálculos establecidos para una carga de servicio funcional destinado a una vivienda unifamiliar.

2.2.-

Objetivos Específicos a. b. c. d.

Determinación de todas las cargas que inciden en la mezanine y dimensionamiento de todos y cada uno de los elementos que componen el entramado (vigas, viguetas y listones). Cálculo de los esfuerzos en todos y cada uno de los elementos que componen la vivienda. Cálculo y diseño de las uniones. Verificación de los elementos dimensionados, debilitados por las uniones.

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA 3.-

Conocimientos previos

3.1.-

Antecedentes La madera es una sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los árboles; se ha utilizado durante miles de años como combustible, materia prima para la fabricación de papel, mobiliario, construcción de viviendas y una gran variedad de utensilios para diversos usos. Este material, fabricado por la naturaleza con un elevado grado de especialización, debe sus atributos a la complejidad de su estructura. Está atravesado por una red de células longitudinales (desde las raíces a la copa) y transversales (desde la médula a la corteza) de distintas características, que dan forma a sus tres componentes químicos básicos: celulosa, semi celulosa y lignina, más otros compuestos secundarios como taninos, gomas, aceites, colorantes y resinas.

La madera es un material orto trópico encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no producen madera son conocidas como herbáceas.

La madera, es el material por excelencia más noble que jamás la especie humana ha utilizado tanto en la industria como en la construcción. Prácticamente todas las culturas de la humanidad han empleado la madera en la agricultura, pesca, ingeniería, vivienda, etc. La madera es probablemente el único recurso renovable que se utiliza a gran escala y que su aprovechamiento no daña al medio ambiente, la madera no puede circunscribirse a un período más o menos largo de la humanidad, ya que DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA es un material que de forma permanente se ha utilizado en la construcción, estando presente a lo largo de toda la historia de la civilización. Así, en las zonas de abundantes bosques la madera constituía la totalidad de la edificación, desde su estructura, hasta los cerramientos y cubierta. En zonas con menor cantidad de madera, ésta se usaba en la cubierta y en su estructura horizontal. Actualmente hay cierto rechazo a utilizar la madera como material estructural, siendo más habitual el uso del acero y del hormigón. Ello es debido, en gran medida, a dos condicionantes, que son la durabilidad de las estructuras de madera y su comportamiento frente al fuego. 3.2

Estructuras de madera La Madera está constituida por los siguientes elementos: carbono (C) 49 %, hidrogeno (H) 6 %, oxigeno (O) 44 %; Nitrógeno (N) y minerales 1 %. La combinación de estos elementos forma componentes de la madera: Celulosa (40-60) %, Hemi-celulosa (5-25) % y la lignina (20-40) %. Como la madera la producen y utilizan las plantas con fines estructurales es un material muy resistente y gracias a esta característica y a su abundancia natural es utilizada ampliamente por los humanos, ya desde tiempos muy remotos.

3.2.1 La Resistencia de la madera.- Su resistencia será máxima cuando la solicitación sea paralela a la fibra y cuando sea perpendicular su resistencia disminuirá.

3.2.2 Tracción Perpendicular al grano. Es asumida básicamente por la lignina de la madera que cumple una función cementante entre fibras. La madera tiene menor resistencia a este tipo de esfuerzo en relación con otras solicitaciones. 3.2.3

Tracción Paralela al grano. La madera tiene resistencia a la tracción paralela a las fibras, debido a que las uniones longitudinales entre las fibras son de 30 a 40 veces más resistentes que las uniones transversales.

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_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA 3.2.4 Compresión Perpendicular al grano.La madera se comporta a manera de un conjunto de tubos alargados que sufriera una presión perpendicular a su longitud; sus secciones transversales serán aplastadas y, en consecuencia, sufrirán disminución en sus dimensiones bajo esfuerzos suficientemente altos. Muy escasas resistencias a la compresión perpendicular a la fibra. 3.2.5

Compresión Paralela al grano.Su comportamiento ante este tipo de esfuerzos es considerado dentro de su estado elástico, es decir, mientras tenga la capacidad de recuperar su dimensión inicial una vez retirada la fuerza.

3.2.6 Corte o Cizallamiento.El corte o Cizallamiento de la estructura interna de la madera es resistido básicamente por la sustancia cementante, es decir, la lignina, mientras que el esfuerzo de corte o Cizallamiento perpendicular al grano”, son fibras las que aumentan la resistencia al Cizallamiento. La madera es mucho más resistente al corte perpendicular que al corte paralelo.

3.2.7 Flexión.El comportamiento en flexión de una pieza de madera combina, simultáneamente, los comportamientos a tracción, compresión y corte, repitiéndose los mismos fenómenos anteriormente descritos. La madera es un material particularmente apto para soportar tracción y comprensión paralela, debido a su alta capacidad por unidad de peso.

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA 3.4

Justificación del tema El presente proyecto consta del calculo de piezas de madera tanto para columnas, vigas, viguetas, entablado y otros para la construcción de la mezanine de un edificio con todas las cargas abajo expuestas; mismos que nos ayudaran en la practica en un futuro próximo durante el ejercicio de la profesión y así de esta manera consolidar los conocimientos adquiridos en clases.

4.-

5.-

MATERIALES -

Programa Excel.

-

Programa Autocad.

-

Programa Word

-

Calculadora

-

Tablas de Maderas

Cálculos Efectuados.- Los cálculos y el diseño efectuados del proyecto de entramado de piso fueron los siguientes:

1 m.

1,2 m.

4,5 m.

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

1,2 m.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA

0,3 m.

4,5 m.

4,5 m.

1,2 m.

qs =250 [Kg/m2] GRUPO “C”

GRUPO “B”

γ= 700 [Kg/m3] fm =100 [Kg/cm3] fc = 8 [Kg/cm2] Adm = L/300 5.1

γ= 750 [Kg/m3] fm =150 [Kg/cm3] fv = 10 [Kg/cm2] Adm = L/300

Diseño de Entablado.e= 1½ ” = 3,8 [cm] 0,038 m.

0,3 m.

PESOS: ENTABLADO:

PPe = 0,038*0,3*700 = 7,98 [Kg/m]

SERVICIO:

Pqs = 250*0,3 = 75 [Kg/m]

ALFOMBRADO:

PPe = 4*0,3 = 1,2 [Kg/m]

CARGA TOTAL:

qT = 7,98 [Kg/m] + 75 [Kg/m] + 1,2 [Kg/m]= 85 [Kg/m] qT = 0,85 [Kg/cm]

0,038 m.

1 m.

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA

4 f = ∆max = 5 *W * L 384 * E * I

CALCULO DE LA INERCIA: f =

5 * 0,85 *100 4  4  30 * 3,8 384 * 55000 *   12 

    

f = 0,15 1714, 7 [Kg] CALCULO DE LA CARGA DE VIENTO: qv = 50 [ Kg/m2 ] DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA M=56,25 [ Kg/m ] N + Km * [ M] NAdm Zi * Fm Km =

5d → e > 20,55 [m m] CANTIDAD DE CLAVOS: NC = P / PAdm NC = 74,25 [Kg] / 39 [Kg/clavo] NC = 1,9 [clavo] NC ≤ 2 [clavos] SE UTILIZARA DOS (2) CLAVOS POR VIGA PARAPETO: L = 89,9

[m m]

D= 4,11 [m m] PAdm = 39 [Kg/clavo] a > 6d → a > 24,66 [m m] e > 5d → e > 20,55 [m m]

CANTIDAD DE CLAVOS:

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA NC = P / PAdm NC = 50 [Kg] / 39 [Kg/clavo] NC = 1,28 [clavo] NC ≤ 2 [clavos] SE UTILIZARA DOS (2) CLAVOS POR VIGA

UNIONES: UNION PARAPETO – VIGAS: VISTA PLANTA: 5d

5d

5d 6d 5d

100[m m] 10[cm] 5* d = 20,55 6*d = 24,66 e borde ≥ 2,1 [cm] e entre clavos ≥ 2,5 [cm] 2,5 ≥ 5 d 5 ≥ 2,5 d

CUMPLE

UNION PARA CADA VIGA:

2,5 [cm] 5 [cm] 2,5 [cm] 5 [cm]

5 [cm]

UNION DIAFRAGMA – VIGAS: DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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GRUPO DE TRABAJO Nº4

_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA VISTA PLANTA: 5d

5d

2,5 2,5 2,5

75[m m] 2,5[cm]

2,5[cm]

e borde ≥ 5*d e entre clavos ≥ 6*d

CUMPLE

UNION COLUMNA – VIGA: VISTA PLANTA:

5.-

Análisis de los resultados

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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_________________________________________ESTRUCTURAS DE MADERA

6.-

Conclusiones De acuerdo al cálculo estructural de la presente vivienda se ha podido demostrar que la madera es un material que ofrece grandes bondades al reemplazar a otro tipo de materiales en la construcción de viviendas, si bien es cierto que las luces de gran longitud limitan la construcción de algunas estructuras, se puede evidenciar que no es difícil alcanzar longitudes grandes y a un bajo costo de construcción.

7.-

Recomendaciones No trabajar con madera mojada, porque al secarse tiende a la deformación ya sea por alabeo abarquillado, encorvadura, torcedura y arqueadura, elegir maderas de preferencia secas. Se debe considerar que la madera es higroscópica es decir que absorbe o desprende humedad afectado por el medio ambiente. Antes de empezar a construir una estructura de madera se deberá verificar que esta se encuentre en buen estado y no deberá tener presencia de insectos como las termitas, por que pueden disminuir la resistencia de la madera pudiendo ser a futuro las causantes de los colapsos de la estructuras. Debe cumplir con la Norma de Clasificación Visual (clasificado y de calidad) Deberá provenir de especies forestales adecuadas para construir. Se debe asegurar que las piezas de madera dimensionadas (escuadrías), existan en el mercado, y correspondan del análisis y del cálculo del elemento estructural.

8.-

Bibliografía

A.-

Internet: Manifestaciones en: http.//www. entramados de pisos de madera/ .shtml.

B.-

Microsoft ® Encarta ® 2007. © 1993-2006 Microsoft Corporation.

C.-

Manual de diseño para maderas del grupo andino, editado por la junta del acuerdo de Cartagena.

DOCENTE: ING. ALBERTO ESCALIER TORREJON.

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