GLOSARIO DE TÉRMINOS

Capítulo 1

  1. Material de construcción masivo. En el contexto en el que se indica, se refiere a un material empleado de forma extensiva, por múltiples civilizaciones, como el principal material de construcción. Sin embargo, este término no debe confundirse con los sistemas de madera masiva “mass timber” a los cuales se hace referencia muy a menudo en este libro. Los sistemas de construcción de madera masiva incluyen sistemas construidos principalmente con productos del tipo: LVL masivo, Brettstapel, CLT, LSL, Glulam y plywood masivo.
  2. Rollizo. Madera en rollo o semirrollo (forma cilíndrica), como el que se corta para obtener tablillas de embalaje o encofrado, materiales para tonelería, pasta y construcción. Se corresponde al tronco del árbol, el cual ha sido sometido al mínimo grado de elaboración (corta, desrame, trozado, despuntes).
  3. Sistema de arriostramiento. Sistema o estructura de sujeción y equilibrio en la construcción de edificios, a través del empleo de contrafuertes, arbotantes o tirantes metálicos, o de madera, con el fin de dotar a la estructura de una mayor seguridad y estabilidad global y local.
  4. Ballon framing. Es un sistema de bastidores surgido en EEUU durante el siglo XVIII, como un sistema para adaptar las viviendas típicas de madera en Europa, a las características de este país (abundancia de madera, escasez de mano de carpinteros y mano de obra cualificada). La principal característica es que los muros son continuos en más de un piso de tal modo que el o los entrepisos no descansan sobre los muros, sino que se unen lateralmente a los mismos.
  5. Platform framing. Este sistema constructivo, está considerado la evolución del sistema ballon framing. Es un sistema muy similar; la diferencia fundamental, es que la estructura de la vivienda se levanta planta por planta, de tal manera que las losas se apoyan sobre los muros de cada nivel.
  6. Madera estructural. Madera cuyas características físicas y mecánicas son conocidas y aptas para su uso estructural.
  7. Terciado (Plywood). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.4.
  8. Madera laminada encolada (MLE o glulam). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.5.
  9. Adhesivo resinoso. Adhesivo utilizado en la madera estructural de laminación y que transfieren las tensiones entre las fibras de maderas adyacentes. Los más comunes son: Urea-formaldehído (UF), Fenol-formaldehído (PF), Fenol resorcinol formaldehído (PRF) y Diisocianato de difenilmetano (pMDI). Ver detalles en la Sección 4.5.
  10. OSB (tablero de virutas orientadas). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.7.
  11. LVL (madera microlaminada, laminated veneer lumber). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.4.
  12. CLT (madera contralaminada, cross laminated timber). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.5.
  13. Mass LVL (madera microlaminada masiva). Es similar al LVL convencional solo que se crean vigas o tableros de gran espesor, emulando así las dimensiones de otros materiales masivos tales como el CLT.
  14. Dowel Laminated Timber (DLT). Producto de ingeniería de madera, ver Sección 4.3.
  15. Sistema de entramado pesado (poste-viga, post-beam, heavy timber). Se caracteriza por emplear barras de madera de gran escuadría conformando un entramado pesado. Las dimensiones a partir de las cuales se considera una pieza entramado pesado son variables y dependen del país, pero la concepción generalizada es que no pueden ser transportadas fácilmente por una o dos personas. Los entramados pesados requieren menor redundancia estructural (número de piezas), por lo que habitualmente generan sistemas constructivos de poste-viga, ver detalles en la Sección 11.2.
  16. Sistema de entramado ligero (light framing). A diferencia del entramado pesado, este sistema está conformado por piezas de pequeña escuadría que pueden ser transportadas fácilmente por una o dos personas. Dado que las piezas de pequeñas dimensiones difícilmente permiten materializar uniones rígidas al momento, habitualmente este tipo de sistemas emplea algún tipo de rigidizador el cual muy habitualmente consiste en tableros estructurales, conformando así sistemas de muros y losas.

Capítulo 2

  1. Frondosa (latifoliada). Respecto de la madera, se trata de maderas duras por su composición leñosa, la cual también es más compleja que en las maderas de coníferas. Por lo general son maderas poco porosas (difícilmente impregnables) y que contienen extractos como glúcidos y algunas son muy ricas en taninos que generan manchas grises o negras en el acabado si no se tratan.
  2. Conífera. Se trata de maderas blandas que no suelen tener poros en la superficie; por ello presentan un alto contenido de resinas, aunque poseen canales para expulsarlas. Son las más utilizadas en sectores como la construcción y la carpintería (sobre todo la madera de pino, de la cual hay cerca de 80 especies), debido a su gran abundancia, facilidad para su compra y venta y facilidad en su manipulación a la hora de trabajarla.
  3. Madera de reacción. Es la madera que se genera en árboles curvados, sometidos a estrés mecánico, en las zonas contiguas a ramas gruesas; buscan restaurar la posición normal vertical del tallo, o mantener la orientación angular de las ramas. Esta madera posee propiedades mecánicas inferiores a la madera normal. Se clasifica como madera de compresión y madera de tracción (ver abajo).
  4. Madera de compresión. Surge como consecuencia de exponer la madera a compresiones continuadas durante el crecimiento del árbol. En coníferas las propiedades mecánicas se ven bastante3 afectadas, ya que es más densa y dura que la madera normal, y también se dificulta su trabajabilidad.
  5. Madera de tracción. Surge como consecuencia de tracciones prolongadas durante el crecimiento del árbol. Tiene mayor relevancia en latiofoliadas, generando madera con mayor contenido en humedad, que tiende a alabearse en el secado y variar sus propiedades mecánicas.
  6. Insecto xilófago. Son insectos que se alimentan exclusivamente de madera. Causan daños graves tanto en madera almacenada, como en madera empleada en construcciones, viviendas, estructuras, etc., dando lugar a pérdidas económicas graves.
  7. Bolsa de resina. Son cavidades alargadas llenas de resina situadas entre los anillos anuales del árbol (sobre todo en coníferas); pueden contener resina sólida o líquida, utilizada como defensa ante cualquier ataque. Estas bolsas de resina complican cualquier proceso de la industria de la madera (por ejemplo, aserrado); disminuyen la resistencia mecánica y si la resina sale de las bolsas, daña la superficie de las piezas, lo que daña el acabado y la aplicación de adhesivos.
  8. Kino. Goma producida por el Eucalyptus, como reacción ante el daño en su corteza, la cual puede ser recolectada mediante incisiones en el tronco o el tallo. Su color rojo, con la tendencia de algunas especies de supurar grandes cantidades a través de sus heridas, es la fuente de los nombres comunes “goma roja” y “sangre de la madera”. Tiene propiedades medicinales.
  9. Cambio dimensional o estabilidad dimensional (hinchazón y merma de la madera). La madera, debido a su naturaleza orgánica e higroscopicidad, puede ganar o perder humedad con facilidad. Esta variación en el contenido de humedad da como resultado que las dimensiones de la misma varíen: cuando el contenido en humedad aumenta, la madera se hincha y cuando disminuye, se contrae. Estos movimientos solo tienen lugar cuando su contenido en humedad se encuentra por debajo del punto de saturación de las fibras.
  10. Nudo. Los nudos en la madera son restos de una rama desprendida del tronco del árbol. A medida que el árbol va creciendo, va envolviendo esta parte de la rama; suelen aparecer al cortar la madera en tablas. Se encuentran más nudos en las maderas provenientes de especies resinosas (como pinos y abetos), y son un defecto de la madera, ya que la porción de madera que ocupan se convierte en general en una zona más dura y quebradiza, ver detalles en la Sección 2.1.
  11. Material higroscópico. Material capaz de absorber humedad del ambiente cuando éste se encuentra más húmedo que el material, o bien ceder humedad al ambiente cuando la humedad del material es mayor que la humedad relativa del ambiente.
  12. Xilohigrómetro. Instrumento empleado para determinar el contenido de humedad de la madera o de otros materiales (con valores inferiores al 27%). Se basa en las variaciones de resistencia eléctrica que experimentan los materiales al cambiar su contenido en humedad.

Capítulo 3

  1. Centro de curvatura. Se refiere al centro geométrico de piezas curvas. Este punto suele requerir especial atención en el diseño estructural porque es muy habitual que se produzcan tensiones perpendiculares, en especial tracciones. Ver detalles en la Sección 8.3.3.
  2. Durabilidad. Se refiere al grado de resistencia que posee una especie determinada respecto a ataques de hongos o insectos xilófagos y a agentes medioambientales. Ver detalles en la Sección 14.9.
  3. Resistividad térmica. Es la inversa a la conductividad térmica (1/k), y por tanto es un indicativo de la capacidad de una substancia o material de oponerse al flujo de calor.
  4. Conexiones mecánicas. Tipo de unión de madera en la que la fuerza es transmitida por un conector rígido, muy habitualmente un conector mecánico tal como un tornillo, perno o clavo. Ver detalles en la Sección 9.1.
  5. Ductilidad. Es la capacidad de un material para, una vez alcanzado el límite elástico, seguir deformándose sin colapsar. Formalmente se suele definir como la relación entre la deformación plástica respecto de la deformación elástica.
  6. Factor de modificación. Es un escalar que modifica los valores resistentes de la madera con el fin de tomar en cuenta ciertas influencias en las resistencias tales como el tiempo, la humedad, etc. Muy habitualmente en la madera, los factores de modificación son minoraciones (escalares positivos inferiores a la unidad). Ver detalles en la Sección 7.2.
  7. Punto de cedencia. Punto de carga y deformación a partir del cual un material pierde su comportamiento elástico (no toda la energía potencial puede volver a ser liberada).
  8. Damping (amortiguamiento). Pérdidas de energía producidas como consecuencia del amortiguamiento inherente e histerético de una estructura que repercuten en una menor energía potencial y cinética. En la madera, el amortiguamiento inherente suele ser bastante reducido y se produce principalmente como consecuencia de fricciones y pérdidas por calor. Mientras que el amortiguamiento inherente sí produce pérdidas mayores de energía, principalmente como consecuencia de histéresis en las uniones.
  9. Deformación incremental (creep). Tendencia de un material a incrementar su deformación (fluir) al ser sometido a una tensión constante durante tiempos prolongados.
  10. Creep de mecanosorción. Incremento de la tendencia a fluir (véase creep), producido como consecuencia de exponer la madera a ciclos de variaciones de temperatura y, especialmente, humedad.
  11. Índice GWP (Global Warming Potential). Medida para calcular la capacidad de una substancia de contribuir al calentamiento global mediante el efecto invernadero (medida relativa de cuanto calor puede ser atrapado por un determinado gas de efecto invernadero, en relación a un gas de referencia (CO2)). Se calcula para periodos de 20, 100 o 500 años, siendo 100 años el valor más frecuente.
  12. Eutrofización. Es el enriquecimiento de un ecosistema (generalmente acuático), a un ritmo tal que no puede ser compensado por sus mecanismos de eliminación natural. Comienza generalmente cuando este ecosistema recibe un vertido de nutrientes (desechos agrícolas o forestales, por ejemplo), favoreciéndose un crecimiento excesivo de materia orgánica, lo que provoca un crecimiento acelerado de algas y otras plantas que cubren la superficie acuática de tal forma que al fondo no llega la luz solar, muriendo todos los organismos vegetales y animales que viven allí. Otros microrganismos (como bacterias), se alimentan de esta materia muerta, consumiendo todo el oxígeno, generándose a la vez algas toxicas y microorganismos patógenos que pueden causar enfermedades.
  13. Respuesta mecánica instantánea. Dado que en la madera las propiedades mecánicas son dependientes del tiempo (ver Sección 6.3) es conveniente definir las propiedades en base a una determinada duración o intervalo de tiempo. Habitualmente dicha referencia se realiza para intervalos de tiempo de aproximadamente 5 minutos, dado que se asume que la influencia del tiempo en intervalos tan cortos es despreciable, lo que se define como respuesta mecánica instantánea para diferenciarla de la respuesta diferida.
  14. Efectos reológicos. Son efectos de cambios de tensión y deformación como consecuencia de la dependencia mecánica de la madera en el tiempo. Los fenómenos reológicos más importantes son el creep y la relajación de tensiones, ver detalles en la Sección 6.3.
  15. Coeficientes mayores y menores de Poisson. Los coeficientes de Poisson miden las deformaciones relativas en una dirección material principal como consecuencia de deformaciones relativas en otra dirección material principal las cuales, por definición, son perpendiculares entre sí. El coeficiente mayor de Poisson toma un valor más elevado en consideración de que las deformaciones en los ejes débiles (menos rígidos) son mayores a consecuencia de las deformaciones en los ejes fuertes. Por el contrario, los coeficientes menores de Poisson expresan el hecho de que las deformaciones en los ejes fuertes ocasionadas por deformaciones en los ejes débiles, son menores.
  16. Fallo en bloque. Modos de fallo en grupo que las tracciones pueden generar en uniones mecánicas, ver detalles en la Sección 9.3.
  17. Pandeo lateral o abolladura de las células. Deformación local de las paredes celulares cuando estas son sometidas a esfuerzos de compresión.
  18. Madera densificada. Es madera tratada física o químicamente para producir un aumento sensible de la densidad o dureza de la misma, y también mayor resistencia a los efectos eléctricos, mecánicos y químicos. Para ello se utilizan principalmente dos métodos (juntos o separados): impregnación, obtenida por medio de plástico termoendurecible o metal fundido a través de la impregnación con plástico o inmersión de la madera previamente calentada en un baño de estos metales, y la densificación, mediante la reducción de las cavidades celulares de la madera, mediante compresión transversal, por ejemplo, mediante prensas, o por compresión en todas las direcciones a alta temperatura en autoclave.
  19. Ortotropía cilíndrica. Tipo de ortotropía (propiedades diferentes en 3 ejes ortogonales), en la cual la disposición de los ejes se corresponde con la de un sistema de coordenadas cilíndrico. Ver Sección 3.5.
  20. Módulo de rodadura. Es el módulo de cortante (relación entre tensión tangencial y deformación angular) correspondiente al plano transversal del tronco (plano RT). Se llama de rodadura porque los esfuerzos cortantes en este plano tienden a hacer rodar a las células entre sí, ya que la mayoría de estas discurren longitudinalmente a lo largo del eje axial del tronco (eje L).

Capítulo 4

  1. Debobinado de trozas. Es un proceso, mediante el cual se obtiene una chapa continua de madera, mediante el corte tangencial a los anillos de crecimiento, en tornos de debobinado. La chapa de madera obtenida tiene un espesor constante.
  2. Pies derechos (studs). Un pie derecho, es cualquiera de los elementos verticales que constituyen el entramado de un muro.
  3. Gestión silvícola. Conjunto de técnicas e intervenciones aplicadas a las masas forestales, con la finalidad de obtener de ellas una producción continua y sostenible de bienes y servicios demandados por la sociedad, como por ejemplo la producción de madera y otros productos forestales, la conservación de la biodiversidad, la recreación y el suministro de servicios ambientales.
  4. Vigas I (I-joists). Son vigas rectas de gran longitud y resistencia que, en contraposición con las vigas de madera maciza, no presentan combaduras, pandeos, alabeos, contracción, torsión o rajaduras, siendo más eficientes que estas. Tienen alta resistencia estructural y mayor capacidad de carga que las vigas de madera, permitiendo la construcción de estructuras de piso con mayores luces.

Capítulo 5

  1. Clase de resistencia. Son distintos grados de calidad mecánica, que tienen determinados valores de resistencia asociados y sirven para clasificar la madera según su aptitud estructural. La clasificación de la madera en distintas clases de resistencia se realiza en cada país según distintos criterios, visuales o mecánicos. Ver detalles en la Sección 5.2.
  2. Estado límite último de resistencia y de servicio. En el contexto de la filosofía de diseño mediante los estados límite últimos (ver Sección 7.2), los estados límite últimos representan los valores límite de resistencia o deformación cuyos valores no se pueden sobrepasar en el cálculo, con el fin de garantizar la integridad estructural (estados límites últimos de resistencia) y serviciabilidad (estados límite de servicio) de una estructura.
  3. Medición de fibra integral. Medición consistente en determinar la desviación (orientación) de la fibra en 3D de una pieza de madera. El adjetivo “integral” se refiere a que la fibra no sólo es medida superficialmente en las caras de la pieza, sino también en su interior.
  4. Coeficiente de correlación de Pearson. Índice que mide el grado de covariación entre distintas variables. Solo es aplicable en caso de que las variables relacionadas linealmente entre sí.
  5. Mancha azul. Hongo superficial con aspecto azulado que se alimenta de materiales diferentes de la pared celular y que por tanto no conlleva pérdida de propiedades mecánicas. Ver detalles en la Sección 6.4.3.
  6. Técnica del análisis de regresión lineal múltiple. Técnica matemática cuyo objetivo es analizar las causas que originan variaciones en las variables dependientes.

Capítulo 6

  1. Pirólisis. Degradación térmica de la madera a altas temperaturas lo que lleva a transformarla en gas, taninos y carbón, ver detalles en la Sección 13.2.1.
  2. Tirafondo. Conector cilíndrico que tiene el vástago parcial o totalmente roscado y precisa de una tuerca que puede o no estar incluida en el cabezal para realizar el apriete
  3. Fatiga mecánica. Pérdida de desempeño mecánico como consecuencia de someter la madera a cargas cíclicas continuadas.
  4. Preservante. Sustancia química, generalmente compuesto sólido, que se aplican normalmente en soluciones tales que, al aplicarla a la madera, aumenta sus características de durabilidad frente al ataque de hongos e insectos xilófagos. Ver detalles en la Sección 14.10
  5. Ciclos de presión y vacío. Ciclos a los que se somete la madera, en el método de impregnación bajo vacío de la misma para facilitar la aplicación de un preservante, ver detalles en la Sección 14.10.
  6. Redundancia. Cantidad de caminos por la que la carga puede ser transferida en una estructura. Habitualmente estructuras tales como entramados ligeros, están conformadas por muchos elementos dispuestos en paralelo lo que les otorga gran redundancia estructural. Por el contrario, las estructuras de entramado pesado presentan un menor número de elementos en paralelo reduciéndose significativamente la redundancia estructural.
  7. Concentración de tensiones. Región reducida del material en el cual se generan tensiones elevadas. Si estas regiones no son controladas en la madera, pueden conducir a fallos frágiles.
  8. Rebaje (entalladura). Muesca o sacado del material que reduce la sección transversal de una pieza con el fin de acomodar la geometría adecuadamente sobre apoyos, realizar encajes, acoples, etc.
  9. Testa. Extremo de una viga de madera.
  10. Vástago. Cuerpo principal de un conector mecánico cilíndrico que resulta al descontar la cabeza del mismo.
  11. Alisado. Paso posterior al lijado de la madera, recomendado sobre todo en maderas duras.

Capítulo 7

  1. Incertidumbre. Estimación del posible error en una medida. También se define como la estimación del rango de valores que contiene el valor verdadero de la cantidad medida; representa la probabilidad de que el valor verdadero esté dentro de un rango de valores indicados.
  2. Probabilidad de excedencia. Probabilidad de que un determinado valor sea superado.
  3. Valor característico. Valor resistente asociado a un determinado percentil de probabilidad de excedencia. En la madera, es muy habitual considerar un valor de resistencia con un intervalo de confianza del 95%.
  4. Distribución de Weibull. Tipo de distribución probabilística ligeramente diferente de la distribución normal, la cual se ajusta muy bien a la ocurrencia de diversas propiedades de la madera, tal como la resistencia a la flexión.

Capítulo 8

  1. Deflexión diferida. Flecha adicional observada en una viga de madera como consecuencia del creep (véase el término 3.9).
  2. Cadeneta. Pieza de madera rectangular que se dispone transversalmente al envigado o pies derechos con el fin de servir como arriostramiento.
  3. Drift (desplazamiento o deriva de entrepiso). Se refiere al desplazamiento horizontal relativo que sufre un piso determinado como consecuencia de una acción lateral.
  4. Combinación cuadrática. Término habitualmente empleado para referirse al modo en que las tensiones se combinan en situaciones de esfuerzos combinados. Aunque no siempre es así, la combinación cuadrática suele efectuarse con términos que se asume pueden producir un fallo dúctil. En contraposición, los términos suelen combinarse linealmente (más conservador) cuando los índices de agotamiento que se combinan presentan el riesgo de producir una falla frágil.

Capítulo 9

  1. Comportamiento histerético. La madera presenta diversos tipos de histéresis como por ejemplo la histéresis higroscópica. Sin embargo, la histéresis más frecuentemente referida es la histerésis mecánica que presentan las uniones, esto es, la diferente relación constitutiva (fuerza-desplazamiento) que presenta la unión según esta esté siendo cargada o descargada. Esto provoca que la relación fuerza-desplazamiento que presenta una unión determinada bajo la acción de una fuerza cíclica, dependa de la historia de carga anterior. El comportamiento histerético de uniones se detalla en profundidad en el libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte I”.
  2. Rótula plástica. Deformación (curvatura) irreversible que experimenta un conector cilíndrico solicitado bajo una acción lateral entorno a un plano de corte, como consecuencia de haber rebasado su capacidad (momento plástico).

Capítulo 10

  1. Diafragma de cubierta. Estructura rigidizadora que cuya función principal consiste en otorgar estabilidad lateral y transmitir la carga lateral de los elementos de cubierta.
  2. Pletina. Placa delgada metálica, comúnmente de acero.

Capítulo 14

  1. Tocón. Sección de tronco de árbol que permanece en el suelo unida a la raíz, cuando se tala el árbol cerca de la base del mismo.
  2. Espacio de arrastre (crawl space). Espacio vacío entre el nivel del suelo y el primer piso destinado principalmente a separar la madera del suelo, y permitir tareas de inspección y mantenimiento.
  3. Topping de la fundación. Material impermeable colocado en la parte superior de las fundaciones para actuar como barrera física de organismos xilófagos.
  4. Fotodegradación. Degradación de la zona superficial de la madera debida a la acción de la radiación ultravioleta proveniente del sol. Conjuntamente con el deslavado producido por el agua de lluvia, esta da lugar al “agrisado” de la madera, sobre todo en exterior (en interior, esta radiación da lugar a cambios de tonalidad y decoloraciones).
  5. Impregnación por difusión. En este sistema, se trata la madera verde (saturada de agua) introduciendo en su interior una sal protectora. El proceso se produce por ósmosis, de tal forma que se igualan las concentraciones. Este es un sistema que solo se podrá emplear con protectores hidrosolubles. Consta de tres fases: fase breve de impregnación (inmersión), fase de difusión y fase de secado.
  6. Autoclave. Recipiente o cámara de presión con paredes gruesas y cierre hermético que permite trabajar a alta presión para realizar una reacción industrial, una cocción o una esterilización con vapor de agua. Su construcción debe ser tal que resista la presión y temperatura desarrollada en su interior; la presión elevada permite que el agua alcance temperaturas superiores a 100 °C, que unido al vapor, produce la coagulación de las proteínas de los microorganismos, lo que conlleva su destrucción. Hay distintos usos de autoclave según el uso que se le vaya a dar a la misma. Para el tratamiento de la madera de exterior y su protección ante parásitos se emplean autoclaves industriales (introduciendo estas sustancias protectoras a presión dentro de las piezas de madera).
  7. Cámara de impregnación. Cámara donde se realizan las labores de impregnación a presión de la madera; estas suelen ser autoclaves.

EDICIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE

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FUNDAMENTOS DEL DISEÑO
Y LA CONSTRUCCIÓN CON MADERA

Pablo Guindos B.

© Inscripción Nº 309.667

Derechos reservados

Octubre 2019

ISBN edición impresa Nº 978-956-14-2453-1

ISBN edición digital Nº 978-956-14-2454-8

Dibujos: Francisca Evans Zaldívar y Francisca González Rosas

Diseño de portada: Francisco López Urquieta

Fotografía de portada: Edificio Mjøstårnet de 18 pisos en Noruega, cortesía de Moelven

Diseño: Francisca Galilea

Diagramación digital: ebooks Patagonia

www.ebookspatagonia.com
info@ebookspatagonia.com

CIP-Pontificia Universidad Católica de Chile

Guindos Bretones, Pablo, autor.

Fundamentos del diseño y la construcción con madera / Pablo Guindos; ilustraciones de Francisca Evans y Francisca González.

1. Construcciones de madera – Chile.

2. Estructuras de madera.

3. Propiedades de la madera.

4. Filosofía del diseño arquitectónico.

I. t.

II. Evans, María Francisca, ilustrador.

III. González Rosas, Francisca, ilustrador.

2019 721.04470983 DCC23 RDA


Dedicado a Björn

Tabla de contenidos

Prólogo

Prefacio

¿Cómo leer este libro?

1. Introducción a la construcción con madera

1.1 Breve reseña histórica

1.2 Una mirada hacia el futuro

1.3 Lecturas adicionales

2. Anatomía y física de la madera

2.1 Singularidades

2.1.1 Nudos

2.1.2 Inclinación de las fibras

2.1.3 Madera de reacción

2.1.4 Fisuras y deformaciones

2.1.5 Ataques biológicos

2.1.6 Otras singularidades

2.2 Estructura interna

2.3 Propiedades físicas de la estructura: humedad y densidad

2.3.1 Contenido de humedad

2.3.2 Densidad aparente

2.3.3 Estabilidad dimensional

2.4 Lecturas adicionales

3. La madera como material de construcción

3.1 Comparación fundamental cuantitativa

3.2 Comparación fundamental cualitativa

3.3 Estructura idealizada y respuesta mecánica instantánea

3.4 Resumen y simplificación de la respuesta mecánica instantánea

3.5 Leyes elásticas constitutivas de la madera

4. Productos de ingeniería de madera

4.1 Introducción

4.2 Productos de madera sólida

4.3 Paneles tipo Brettstapel

4.4 Productos de chapas de madera

4.5 Productos de madera encolada

4.6 Productos de fibras y partículas de madera

4.7 Productos de virutas de madera

4.8 Productos compuestos

5. Clasificación y caracterización

5.1 Clasificación de la madera

5.1.1 Clasificación visual

5.1.2 Clasificación mecánica

5.2 Caracterización: ensayos mecánicos

5.2.1 Muestreo

5.2.2 Caracterización en Chile

5.2.2.1 Determinación de las propiedades fundamentales

5.2.2.2 Determinación de las tensiones admisibles media

5.2.2.3 Ensayos mecánicos adicionales

5.2.5 Resumen de los parámetros fundamentales de cálculo en Chile, EE.UU. y Europa

5.2.6 Lecturas Adicionales

6. Factores que influyen en el desempeño mecánico

6.1 Efecto de las variables físicas

6.1.1 Temperatura

6.1.2 Influencia de la humedad

6.1.3 Densidad y espesor de anillos

6.2 Influencia del volumen

6.3 Efecto del tiempo

6.3.1 Efecto de la duración de la carga o ratio de deformación

6.3.2 Deformación diferida (creep) y relajación

6.3.3 Fatiga

6.3.4 Envejecimiento

6.4 Efecto de las características anatómicas

6.4.1 Efecto de las singularidades

6.4.2 Madera juvenil

6.4.3 Pudrición y degradación

6.5 Efecto de la durabilidad

6.5.1 Tratamientos químicos

6.6 Efecto de desangulación carga-dirección de fibra

6.7 Efecto de colaboración en grupo (redundancia)

6.8 Efecto de la inestabilidad

6.8.1 Por pandeo

6.8.2 Por vuelco lateral-torsional

6.9 Efectos debidos a la concentración de tensiones

6.9.1 Rebajes (entalladuras)

6.9.2 Perforaciones

6.9.3 Concentración de compresión perpendicular

6.10 Efectos propios en las uniones

6.10.1 Efecto hilera en conectores mecánicos

6.10.2 Profundidad de penetración

6.10.3 Espaciamiento

6.10.4 Excentricidad

6.11 Efectos de curvatura en MLE

6.12 Efectos en piezas de sección circular

6.13 Resumen de efectos

6.14 Lecturas adicionales

7. Fundamentos para el cálculo

7.1 Introducción

7.2 Concordancia entre enfoques de cálculo

7.3 Seguridad estructural

7.4 Lecturas adicionales

8. Dimensionamiento de miembros estructurales

8.1 Planteamiento general para asignación de propiedades mecánicas

8.2 Asignación de propiedades en Chile

8.3 Dimensionamiento de miembros en flexión simple

8.3.1 Riesgos de los elementos en flexión

8.3.2 Verificaciones en Chile

8.3.2.1 Vigas simples rectangulares

8.3.2.2 Vigas simples circulares

8.3.2.3 Vigas de MLE y LVL

8.3.3 Riesgos singulares en vigas de canto variable y/o curvas

8.3.3.1 Verificación en Chile

8.4 Dimensionamiento de miembros en compresión simple

8.4.1 Riesgos de los elementos en compresión simple

8.4.2 Verificación en Chile

8.4.2.1 Piezas rectangulares de madera aserrada o MLE

8.4.2.2 Piezas circulares

8.5 Dimensionamiento de miembros en tracción simple

8.5.1 Riesgos de los elementos en tracción simple

8.5.2 Verificación en Chile

8.6 Esfuerzos combinados

8.6.1 Tipos de esfuerzos combinados

8.6.1.1 Flexión esviada

8.6.1.2 Flexión simple o esviada y tracción paralela

8.6.1.3 Flexión simple o esviada y compresión paralela

8.6.1.4 Esfuerzos de segundo orden en vigas-columnas

8.6.1.5 Cortantes en flexión esviada

8.6.1.6 Cortantes en flexión simple o esviada y torsión

8.6.2 Verificación en Chile

8.7 Lecturas adicionales

9. Introducción al diseño de uniones

9.1 Tipos de uniones

9.2 Filosofía de uniones

9.3 Principales parámetros que determinan el desempeño mecánico de una unión mecánica

9.4 Teoría de Johansen para uniones laterales con conectores rígidos

9.5 Tornillos inclinados

9.6 Lecturas adicionales

10. Sistemas estructurales

10.1 Introducción

10.2 Componentes básicos de una cubierta

10.3 Componentes básicos de un entrepiso o forjado

10.3.1 Losa clásica (timber floor with joists)

10.3.2 Losa con vigas en I (timber floor with I-joists)

10.3.3 Losa de madera masiva (massive timber floor)

10.3.4 Losa nervada (rib slab)

10.3.5 Entrepisos de madera-hormigón

10.3.6 Luces habituales de entrepisos de madera

10.4 Morfología de vigas principales de entrepiso y cubierta

10.4.1 Elementos simples de madera aserrada

10.4.2 Vigas curvas y de sección variable

10.4.3 Vigas compuestas

10.4.4 Elementos en base a reticulados

10.4.4.1 Cerchas (tijerales)

10.4.4.2 Vigas en celosía de cordones paralelos

10.4.4.3 Otros tipos de reticulados

10.5 Sistemas de envigados para transmisión de cargas perpendiculares en cubiertas y entrepisos

10.6 Columnas

10.7 Sistemas de muros

10.8 Pórticos (marcos)

10.9 Sistemas resistentes a la carga lateral (SRCL) y sistemas de arriostramiento

10.10 Continuidad de carga

10.11 Predimensionado

10.12 Lecturas adicionales

11. Introducción a los sistemas constructivos

11.1 Sistemas constructivos

11.2 Sistema poste-viga

11.3 Sistema de marco-plataforma

11.4 Sistema de balloon-frame

11.5 Sistema de construcción masiva con CLT

11.6 Otros sistemas constructivos

11.7 Límites aproximados en el número de pisos

11.8 Lecturas adicionales

12. Introducción a la construcción industrializada

12.1 Introducción

12.1.1 Definiciones preliminares

12.1.2 Estructuración del capítulo

12.2 Reseña histórica

12.2.1 Primeros sistemas

12.2.2 Primera revolución industrial

12.2.3 Post Segunda Guerra Mundial

12.3 Progresión de la producción digital

12.4 Conceptos importantes en relación al diseño arquitectónico industrializado

12.4.1 Sistemas

12.4.2 Materiales

12.4.3 Método

12.4.4 Producto

12.4.5 Clase

12.4.6 Cuadrículas (grid)

12.5 Componentes, paneles y módulos

12.5.1 Componentes

12.5.2 Paneles

12.5.3 Módulos y construcción modular

12.6 Prefabricación e industrialización en fábrica

12.6.1 Planificación de pedidos y sistemas de control en fábrica

12.6.1.1 Características esenciales del sistema APS

12.6.1.2 Características esenciales del sistema PPS

12.6.1.3 CAD/CAM

12.6.2 Esquemas de producción en fábrica

12.6.3 Área de mecanizado (preparación) de piezas

12.6.4 Área de ensamblado de componentes

12.6.5 Manipulación y transporte de material y componentes

12.6.6 Flujo de material en fábrica

12.6.7 Consideraciones generales acerca del diseño de la nave de planta de industrialización

12.7 Logística y montaje en obra

12.7.1 Logística, carga y transporte

12.7.1.1 Logística

12.7.1.2 Carga

12.7.1.3 Transporte

12.7.2 Preparación en la zona de construcción

12.7.2.1 Cimientos

12.7.2.2 Acceso a la obra

12.7.2.3 Zona de almacenamiento

12.7.2.4 Alojamientos para uso de los trabajadores

12.7.2.5 Grúa de montaje

12.7.2.6 Suministro de energía y agua

12.7.2.7 Eliminación de residuos

12.7.3 Instalación y montaje

12.7.3.1 Preparación

12.7.3.2 Organización

12.7.3.3 Fases de montaje

12.8 Lecturas adicionales

13. Fundamentos de la protección frente al fuego

13.1 Introducción

13.2 Reacción al fuego en la madera

13.2.1 Reacción físico-química

13.2.2 Reacción mecánica

13.3 Tasa de carbonización

13.4 Métodos predictivos del efecto del fuego

13.4.1 Soluciones constructivas in situ o prefabricadas con certificación de la resistencia al fuego

13.4.2 Método de las componentes aditivas

13.4.3 Método de la sección eficaz

13.4.4 Método de la resistencia y rigidez reducidas

13.4.5 Métodos basados en la modelación del fuego

13.4.5.1 Métodos de modelación estocástica

13.4.5.2 Métodos de modelación determinística

13.5 Prescripciones y desarrollo normativo en Chile

13.6 Nota sobre las disposiciones constructivas

13.7 Lecturas adicionales

14. durabilidad y protección de la madera

14.1 Introducción

14.2 Agentes bióticos y estrategias de protección

14.2.1 Hongos

14.2.2 Estrategias de protección frente a hongos

14.2.3 Insectos y perforadores marinos

14.2.4 Estrategias de protección frente a animales xilófagos

14.3 Agentes abióticos

14.4 Riesgo de ataque biológico y durabilidad natural

14.5 Tratamientos preservantes de la madera

14.6 Tratamientos de ignifugación de la madera

14.7 Durabilidad y protección en Chile

14.8 Lecturas adicionales

ANEXO A. ayudas al predimensionado

ANEXO B. ejemplos de configuraciones constructivas en fundaciones

Glosario de términos

Capítulo 1

Capítulo 2

Capítulo 3

Capítulo 4

Capítulo 5

Capítulo 6

Capítulo 7

Capítulo 8

Capítulo 9

Capítulo 10

Capítulo 14

Prólogo

La construcción de mejores ciudades conlleva a la necesidad constante de buscar nuevos elementos y materiales que contribuyan a mejorar la calidad de vida de las personas. Así es como desde hace unos años el uso de la madera se alzó como una alternativa en la construcción de viviendas sociales, con variados atributos que las hacen soluciones más sustentables e innovadoras.

La relación entre Chile y el desarrollo en el uso de la madera está viviendo una época atractiva que invita a hacerle seguimiento para potenciar su inclusión en la industria. Somos uno de los diez países productores más importantes a nivel internacional y se trata del segundo sector exportador a nivel nacional y el primero basado en fuentes renovables.

Claro que para trazarse nuevos desafíos lo primero es avanzar en productividad, industrialización e innovación y así cumplir con un compromiso tan clave como necesario: duplicar su uso en la construcción de viviendas al año 2035.

En el Ministerio de Vivienda y Urbanismo hemos avanzado en hacer alianzas colaborativas con representantes del mundo académico, sectorial e interinstitucional, que nos han permitido impulsar varias iniciativas para que la madera se convierta en una alternativa competitiva en el mercado, potenciando su versatilidad para generar soluciones sustentables, innovadoras, y con alto nivel de prefabricación, apuntando a la productividad y al potencial de crecimiento del sector.

Por cierto, para garantizar el éxito y potenciar el uso avanzado de la madera en la construcción en Chile, es indispensable el esfuerzo conjunto y coordinado de todos los actores, a través de una cooperación público-privada. Lo logrado hasta ahora es fruto de un trabajo del Estado con el sector privado, con las entidades gremiales, los académicos y profesionales del área, para avanzar sostenidamente y garantizar impactos positivos en la calidad de vida de las familias, en términos del estándar y la durabilidad de las construcciones que habitan.

Estamos conscientes de que aún queda camino por recorrer frente a este tema, pero nos motiva hacer de Chile un referente a nivel mundial. Por eso, valoro el significativo aporte de esta publicación, que establece una base tecnológica sólida que permite abordar las construcciones en madera con mayor eficiencia, calidad y modernidad.

Cristián Monckeberg Bruner
Ministro de Vivienda y Urbanismo

Prefacio

Este libro conforma la primera parte de una trilogía, en la cual se introducen los fundamentos del diseño y la construcción con madera. Introducir a arquitectos, ingenieros y constructores en el empleo de la madera como material estructural en la construcción es el principal objetivo de esta publicación. Desde una perspectiva global se introducen los aspectos necesarios para emplear la madera con confiabilidad y eficiencia, lo que incluye aspectos relacionados con la tecnología de la madera, las bases del diseño y el cálculo, los sistemas constructivos, la industrialización y la protección del material.

Los otros dos libros de esta trilogía profundizan en el diseño estructural y tienen como principal objetivo consolidar y facilitar el cálculo de tal modo que se fomente el uso de la madera como alternativa estructural para multitud de obras, en especial para la construcción de edificios. Así pues, el segundo y tercer libro están principalmente destinados a ingenieros e investigadores. El segundo libro se titula Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte I y consiste en un texto especializado, en el cual, partiendo de las bases expuestas en este texto introductorio, se profundiza en el diseño y el cálculo estructural de uniones, refuerzos, elementos compuestos, pórticos y edificios construidos con el sistema de marco plataforma incluyendo el diseño anti-sísmico. El tercer libro, titulado Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte II, incluye el diseño estructural con CLT, la modelación numérica, la protección anti-incendios y un compendio de tablas y otras ayudas al cálculo.

Son dos las principales razones que me han llevado a escribir esta trilogía. La primera razón es que, si bien existen algunas obras de excelente calidad y profundidad en español, la mayoría aborda de una forma más bien específica o introductoria los contenidos relativos a esta materia. La segunda razón es que en los últimos años se han realizado avances muy relevantes en este campo que han ampliado enormemente el espectro de aplicación de la madera en la construcción. De este modo, la trilogía trata de abordar la materia de la forma más global posible, de hecho, los métodos de diseño a menudo se presentan de acuerdo a distintas metodologías internacionales, más que presentar exclusivamente un único método de cálculo. Por otra parte, también se presentan los contenidos de la forma más actualizada posible con el fin de abarcar todas las aplicaciones estructurales que se han propiciado en las últimas dos décadas, tales como el diseño estructural con CLT, las consideraciones para el diseño de edificios, productos innovadores, industrialización moderna, modelación numérica, etc.

La principal motivación, sin embargo, para haber editado estos tres libros es la firme convicción de que construir una parte razonable de obras e infraestructura con madera ofrece múltiples ventajas que no deberían obviarse en estos tiempos. Principalmente construir con madera genera, en mi opinión, un entorno más sostenible desde el punto de vista ecológico, pero también la posibilidad de lograr un beneficio socioeconómico que se destaque por repercutir en un espectro muy amplio de la sociedad, llegando hasta las poblaciones rurales. Dichos potenciales beneficios deberían ser especialmente relevantes en Ibero-Latinoamérica, debido no solo a sus tendencias de poblaciones urbanas y su moderada/baja tasa de construcción con madera, sino también debido al carácter forestal de muchos de sus países, los cuales por cierto tienen una capacidad de renovación forestal envidiable en comparación a otros lugares del mundo.

En el recorrido que ha supuesto la edición de estos libros, quisiera agradecer primeramente a los autores que han colaborado conmigo en la escritura de multitud de capítulos y anexos, lo que incluye a Vanesa Baño, Laura Moya, Juan Carlos Píter, Rocío Ramos, Minia Rodríguez, Mauricio González, Peter Dechent, Jairo Montaño y Sebastián Berwart, como también mis estudiantes Raúl Araya, Felipe Arriagada y Sebastián Zisis. En esta labor quisiera también destacar el enorme trabajo de excelente calidad, y la interminable paciencia de las arquitectas y dibujantes Francisca Evans, Francisca González y Marcela Pasten. Sin todos estos profesionales esta obra no hubiese sido posible en extensión, ni mucho menos en calidad y rigurosidad. También quisiera agradecer el trabajo de los autores precedentes en la materia por su invaluable conocimiento e inspiración. Por supuesto agradezco a mi familia, Minia, Björn, Gael, mis hermanos y mis padres por su comprensión, ánimo y cariño. También quisiera agradecer el apoyo y disposición de Juan José Ugarte, Mario Ubilla, Alexander Opazo y José Luis Almazán, y por supuesto la inmejorable labor en la revisión y mejora por parte de Gonzalo Hernández, Mario Wagner, Felipe Victorero, José Luis Salvatierra, Jairo Montaño, Hernán Santa María y Franco Benedetti. Quisiera expresar especial agradecimiento en esta labor de revisión a Minia Rodríguez e Ignacio González quienes con su enorme generosidad revisaron una gran parte de los contenidos de la extensa trilogía. Finalmente quisiera agradecer a la Escuela de Ingeniería UC y a Ediciones UC por su excepcional apoyo en la publicación simultánea de esta trilogía, y muy especialmente al Centro de Innovación en Madera CIM-UC CORMA y su Directorio por su contagiosa motivación y apoyo continuado.

¿Cómo leer este libro?

Para facilitar la comprensión de este libro, el texto debería leerse secuencialmente ya que la mayoría de contenidos requieren la comprensión de temas precedentes. Para lectores familiarizados con la materia, la lectura de capítulos independientes sí es adecuada. Sin duda, todos aquellos lectores interesados en la segunda y tercera parte de la trilogía deberían sentir que los contenidos de este libro han sido afianzados antes de abordar los otros libros, en especial la parte relativa al cálculo y los sistemas constructivos y estructurales lo que comprende desde el Capítulo 6 al Capítulo 11.

Algunas partes de este libro hacen referencia directa a la principal normativa de diseño estructural con madera de Chile, la NCh1198, lo que se destaca con un formato de letra diferente. En concreto las tablas específicas de la normativa NCh1198:2010 se referencian como T seguido por el número de tabla, las páginas como PG seguidas por el número de página, las secciones se referencian directamente con los dígitos de la sección correspondiente como por ejemplo 6.8 y los anexos se referencian como A, seguido por la correspondiente letra del anexo al que se hace referencia.

La estructura global del libro es la siguiente: tras una breve reseña histórica, en los Capítulos 2 a 5 se introducen conceptos básicos de tecnología de la madera; el Capítulo 6 sirve como transición entre tecnología de la madera y cálculo; los Capítulos 7 a 9 introducen las bases del cálculo; los Capítulos 10 a 12 introducen los sistemas estructurales y constructivos, como también la industrialización y prefabricación; los Capítulos 13 y 14 introducen conceptos básicos de protección de la madera frente a incendios y degradación por organismos xilófagos y agentes abióticos. Finalmente, se incluye un anexo de ayudas básicas al predimensionado (ayudas más avanzadas al cálculo se facilitan en el tercer libro), otro anexo de detalles constructivos, y un glosario de términos que puede ser muy necesario, especialmente cuando los capítulos se leen de forma independiente.