ESTRUCTURAS DE MADERA
CAPÍTULO II
CAPITULO 2
MÉTODOS DE DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL La parte principal de todo trabajo de diseño estructural es la necesidad de concebir y evaluar el comportamiento físico de la estructura al resistir las cargas que debe soportar; para lo cual debe hacerse un trabajo matemático para apoyar este análisis. Concluido el análisis se debe realizar el trabajo de diseño; pero para esto deben considerarse los comportamientos estructurales simples y la metodología de diseño a seguir.
2.1
Métodos de de Di Diseño
Actualmente se utilizan 2 métodos principales de diseño que son:
tradicional que se conoce como diseño diseño por esfuer esfuerzos zos de trabaj trabajo o El método tradicional admisibles.-
En este método se utilizan relaciones básicas derivadas de la teoría
clásica del comportamiento elástico de los materiales; la adecuación o seguridad de los diseños se mide al comparar con respecto a dos límites principales: un aceptable para el esfuerzo máximo y un nivel tolerable para el alcance de la deformación. Estos límites se calculan tal como se presentan en respuestas a las cargas de servicio; es decir a las cargas producidas por las condiciones de uso normal de la estr estruct uctur ura, a, los los mo movi vimi mien ento toss tole tolera rabl bles es se llam llamab aban an deflexiones deflexiones admisibles admisibles, alargamiento admisible,
etc. En esencia el método de los esfuerzos de trabajo
consiste en diseñar una estructura para trabajar a algún porcentaje apropiado establecido de su capacidad total. Sin embargo lo que es verdaderamente apropiado como una condición de trabajo tiene mucho de especulación teórica. teórica. Con el objeto de establecer en forma convincente ambos límites de esfuerzo y deformación, fue necesario ejecutar ensayos de estructuras reales. Este método de diseño constituye en su mayoría a los reglamentos de diseño, y en especial el Manual de diseño para maderas del Grupo Andino, la cual es la que se usa en nuestro medio.
Método de la resistencia
o LRFD, en el cual se usan límites de falla para el trabajo
de diseño. El método de la resistencia consiste en diseñar una estructura para fallar, fallar, pero para una condición de carga más allá de lo que debería experimentar UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD MAYOR DE SAN SIMON
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durante su uso. Una razón principal para favorecer los métodos de resistencia es que la falla de una estructura se demuestra con relativa facilidad mediante mediante pruebas físicas.
2.2 2.2 Esfu Esfuer erzo zoss que que res resis iste te la la made madera ra La acción de las cargas c argas somete a las maderas a los siguientes esfuerzos: 2.2.1COMPRESIÓN: Este esfuerzo se produce cuando una fuerza tiende a comprimir o aplastar un miembro. Este esfuerzo se presenta en e n las columnas de edificaciones, así como en algunas barras que conforman distintos tipos de armaduras. Paralelas a las fibras(veta)
•
Perpendicular a las fibras Inclinadas a las fibras
• •
adσ CII adσ C ⊥
adσ C ∠
2.2.2TRACCIÓN: 2.2.2TRACCIÓN: Es un esfuerzo que se produce produce cuando una fuerza fuerza tiende a estirar estirar o alargar un miembro. La cuerda inferior y ciertas almas de miembros de armaduras y cabios atirantados atirantados trabajan trabajan a tracción. tracción. Si se conoce la fuerza fuerza total de tracción axial (denotado por P) en un miembro, así como el área de su sección transversal (denotado por A), el esfuerzo unitario de tracción se encuentra a partir de la fórmula básica del esfuerzo directo :
σT =
•
P A Paralelas a las fibras
adσ TII
2.2.3FLEXIÓN: 2.2.3FLEXIÓN: Este tipo de esfuerzo por lo común se genera por la aplicación de momentos llamados momentos flexionantes (sobre todo en vigas), produciendo esfuerzos flexionantes (tanto de compresión como de tracción). adσ f
•
2.2.4CORTE: 2.2.4CORTE: Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales, paralelas y de sentid sentidoo contra contrario rio tienden tienden a hacer hacer resbal resbalar ar,, una sobre sobre otra, otra, las superf superfici icies es UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD MAYOR DE SAN SIMON
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contiguas del miembro. Este esfuerzo que es muy común se presenta en la mayoría de los elementos estructurales, y por ejemplo en vigas cabe señalar que existen 2 tipos de esfuerzo cortante, el vertical y el horizontal; y por lo general las fallas por cortante en vigas de madera se deben al esfuerzo cortante horizontal, y no al vertical.
adτ
•
2.2.5DEFORMACIÓN: 2.2.5DEFORMACIÓN: La deformación es el cambio de tamaño o forma que siempre sufre un cuerpo que está sometido a una fuerza. Cuando las fuerzas son de comp compre resi sión ón y de trac tracci ción ón axia axial, l, las las defo deform rmac acio ione ness son son acor acorta tami mien ento toss o alar alargam gamie ient ntos os,, resp respec ecti tivam vamen ente te.. Cuand Cuandoo una fuer fuerza za actúa actúa en un miemb miembro ro flexionándolo (como lo hacen las cargas en las vigas), la deformación se llama flecha.
Flechas; Flechas; este fenómeno en las maderas es extremadamente peligroso, las flechas admisibles dependen del grupo de las maderas:
↔
•
Grupo A ↔ adf ≅
•
Grupo B ↔ adf ≅
•
2.3 2.3
L (cm) 250 - 300 L (cm) 225 - 275
Grupo C ↔ No debe utilizarse para resistir cargas (sólo para estructuras provisionales).
PRO PROPIED PIEDA ADES ELÁ ELÁSTIC TICAS
2.3.1Limite Elástico.El diseño de las estructuras de madera se basa en la teoría elástica, en la cual se establece que las deformaciones son directamente proporcionales a los esfuerzos, es decir que al ser aplicada una fuerza se produce una cierta deformación, y al ser aplicada el doble de esta fuerza se producirá el doble de la cantidad de deformación. Esta relación se mantiene sólo hasta un cierto límite, después del cual la deformación comienza a aumentar en un grado
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mayor que los incrementos de carga aplicada; el esfuerzo unitario para el cual ocurre este proporcionalidad del material. límite se conoce como límite elástico o límite de proporcionalidad
Más allá del lími límite te elástico se produce una deformación deformación permanente permanente en el miembro. En el Método de esfuerzos admisibles
el diseño establece que no se debe sobrepasar el límite
elástico para la estructura sometida a cargas de servicio. 2.3.2Módulo De Elasticidad Axial .El Módulo de elasticidad de un material es la medida de su rigidez , y este es la relación entre el esfuerzo unitario y la deformación unitaria, siempre que el esfuerzo unitario no exceda el límite elástico del material. El modulo de elasticidad axial “E” varia entre: 55000
GRUPO A:
Quebracho
E ≈ 100000 kg/cm 2
Roble
Verdolago
GRUPO B:
Palo María
E ≈ 80000 kg/cm 2
Laurel
Gabón
GRUPO C:
E ≈ 65000 kg/cm 2
Ochoó
2.4 Cálculos
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Es muy recomendable que se hagan los cálculos estructurales con programas o paquetes en computadora, debido a que en el diseño profesional el trabajo es complejo y debe realizarse de la manera más rápida posible; posible; por tal moti motivo vo en el presente texto se hace un tutorial tutorial de los programas SAP2000 y Robot Millenium para la simulación estructural de armaduras. También para un diseño y verificación rápida de resultados se adjuntará al presente documento documento unas planillas planillas Excel en las que efectúan efectúan diseños diseños automáticos de los diferentes diferentes tipos de problemas que se abarquen en el presente texto.
EJERCICIO PROPUESTO.
Al término de avance del capítulo, el alumno deberá usar la información de éste capítulo y realizar un resumen de máximo dos páginas manuscritas, con los formatos de presentación sugeridos por el docente, además de un cuadro resumen en el que plasme las ideas fundamentales del capítulo. Adicionalmente, repasar el significado de los siguientes términos:
Diseño por esfuerzos admisibles o ASD
Diseño por resistencia o LRFD
Límites de Servicio
Esfuerzos que resiste la Madera
Límite Elástico
Módulo de Elasticidad Axial
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