UCSS UNIVERSIDAD CATÓLICA SEDES SAPIENTIAE
“Facultad de Ingeniería Civil“
Tema:
Material de construcción orgánico
CURSO:
Introducción a la Ingeniería Civil
PROFESOR:
GARCES DIAZ, Víctor
ALUMNO: PEÑA SOTO, Ismael Kevin CICLO:
2017-I
SECCIÓN:
132-A
l i v i C a í r e i n e g n I
ÍNDICE ........................................................................ .................... 1 INTRODUCCIÓN............................................ ....................................................
OBJETIVOS ............................................................................................................................. 2 Objetivo general.................................................... ........................................................................................................ ............................................................... ........... 2 ............................................................... ........... 2 Objetivo especifico ................................................. ....................................................
CAPÍTULO I ........................................................................................................................... 3 1.1.
EL ÁRBOL .................................................................................................................... 3
1.2. ESTRUCTURA .............................................................................................................. 3 1.2.1.
La corteza ................................................................................................................ 3
1.2.2.
................................................................................................. ............................................ 3 Cambium o cambio .....................................................
1.2.3.
Xilema ...................................................................................................................... 4
1.2.4.
Médula ..................................................................................................................... 4
1.3. ESPECIES MADERERAS ................................................ ............................................ 4 1.3.1.
Coníferas ................................................... .................................................... ............................................................... ........... 5
1.3.2.
Latifoliadas .............................................................................................................. 5
....................................................................................................... .................................................. .................... 6 CAPITULO II .....................................................
2.
PROPIEDADES DE LA MADERA ................................................ ............................ 6 2.1. Básicas.......................................................................................................................... 6 ....................................................................................................... .................................................. .................... 7 2.2. Físicas .....................................................
2.2.1.
Contenido de humedad .................................................. ..................................... 7
2.2.2.
Densidad de la madera ................................................... ..................................... 7
2.2.3.
Contracción de la madera................................................................................... 8
2.2.4.
Propiedades eléctricas ......................................................................................... 8
2.2.5.
Propiedades acústicas ......................................................................................... 9
2.2.6.
Propiedades térmicas .............................................. ............................................ 9
2.2.7.
Propiedades mecánicas ....................................................................................... 9
CAPITULO III ....................................................................................................................... 14 PATOLOGÍAS DE LA MADERA ................................................... ................................... 14 3.1. AGENTES BIÓTICOS ................................................................................................ 14 3.1.1.
Hongos............................................... ................................................... .................. 14
3.1.2.
Insectos ............................................... .................................................. .................. 16
3.2. AGENTES ABIÓTICOS ............................................................................................. 18 3.2.1.
Degradación por luz .............................................................................................. 18
3.2.2.
Humedad atmosférica................................................. .......................................... 19
3.2.4.
Fuego ...................................................................................................................... 19
CAPITULO IV ....................................................................................................................... 21 ESTRUCTURAS DE MADERAS ........................................................................................ 21 4.1. Obras remanentes ........................................................................................................ 21 4.1.1.
Casas....................................................................................................................... 21
4.1.2.
Puentes ................................................................................................................... 22
CONCLUSIÓN .................................................. ................................................... .................. 23 BIBLIOGRAFÍA ............................................... ................................................... .................. 24
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INTRODUCCIÓN La madera nos ha acompañado desde nuestros inicios como civilización: Ha sido utilizada como leña, banco para poder sentarse, armas como la flecha, herramientas, Y centrando en nuestro interés como soporte de las primeras chozas, que hoy en día gracias a su estudio podemos construir complejas estructuras como: puentes, casas, etc. Como ingeniero civil no nos es ajeno el uso de madera, y por ende conocer sus propiedades, clasificación, diseños de estructuras con el material es muy importante y en este trabajo englobaré todo ello.
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OBJETIVOS Objetivo general Conocer las propiedades estructurales de la madera para un uso adecuado de este material en una obra.
Objetivo especifico Elaborar una fuente de información sobre la madera, para personas que estén relacionadas y optimizar su utilización dentro de la ejecución de la obra.
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CAPÍTULO I
1.1. EL ÁRBOL El árbol está constituido en tronco, copa y raíces figura 1.1, la materia prima para la construcción es su mayoría es el tronco, la estructura macroscópica y microscópica de ésta parte del árbol depende de las condiciones climáticas y nutrientes Figura 1.1
del suelo.
Al realizar un corte trasversal al tronco de un árbol y analizando desde el exterior hasta el interior
de esta sección, se puede apreciar zonas claramente diferentes, las cuales cumplen
funciones específicas. Figura 1.2
1.2. ESTRUCTURA 1.2.1. La corteza La corteza exterior Compuesta por células muertas que cumplen la función de proteger la estructura interior frente a los agentes climáticos y biológicos.
La corteza interior También llamado floema, está compuesta por células que trasladan savia elaborada.
1.2.2. Cambium o cambio Zona que corresponde al tejido generador de células, es decir, donde se produce el crecimiento del árbol. Hacia el interior el xilema y hacia el exterior forma el floema.
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1.2.3. Xilema Podemos distinguir la albura hacia el exterior, con células que cumplen la función de sostén y traslado de agua y nutrientes. Hacia el interior del xilema se forma el duramen, compuesto por células inactivas, pero que mantienen la función de sostén.
Figura 1.2.
1.2.4. Médula Ubicada en el centro del árbol, tejido inactivo sin función específica.
1.3. ESPECIES MADERERAS La madera es producto de un proceso metabólico en un organismo vivo, que crece en la naturaleza en condiciones climáticas, geográficas y de suelos muy diversos, esta afecta en el crecimiento y las características de la madera en relación con su estructura celular.
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1.3.1. Coníferas Se caracteriza por células
homogéneas, pertenecen al grupo traqueidas. Las especies
pertenecientes a este grupo presentan tronco recto, cónico hasta su ápice (extremo superior) y revestido de ramas.
1.3.2. Latifoliadas Proviene del grupo de angiospermas, están constituidos esencialmente por vasos y fibras. Presentan en genera l una copa bien ramificada y un tronco que varía en dimensión y forma.
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CAPITULO II
2. PROPIEDADES DE LA MADERA 2.1. Básicas La madera es considerada un material biológico, anisotropico e higroscópico. Es un material biológico ya que está compuesta por moléculas de celulosa y lignina, por ellos la madera debe tener una serie de consideraciones de orden técnico que garanticen su durabilidad en el tiempo. Higroscópico se refiere a que siempre tiene agua dentro de las células del árbol. Es un material anisotropico, según sea el plano o dirección que se considere respecto
a
la
dirección longitudinal de sus fibras y anillos de crecimiento. Para tener una mejor idea de esta propiedad, la madera resiste entre 20 y 200 veces más en el sentido del eje del árbol que en el sentido transversal: eje tangencial tangente a los anillos de crecimiento , eje radial perpendicular a los anillos de crecimiento , eje axial o longitudinal es paralelo a la dirección de las fibras y por ende al eje axial del tronco. Figura 1.3.
Figura 1.3.
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2.2. Físicas 2.2.1. Contenido de humedad Esta se encuentra como agua ligada (savia embebida) en las paredes celulares y como agua libre en el interior de las cavidades celulares. Contenido de humedad:
% ℎ =
á
∗ 100
Dónde: peso de agua = peso de madera húmeda – peso de madera seca en cámara
2.2.2. Densidad de la madera Esta es una característica física más importante, ya que está directamente relacionada con las propiedades mecánicas y durabilidad de la madera. Densidad anhidra: Relaciona la masa y el volumen de la madera anhidra (completamente seca). Densidad normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera con un contenido de humedad de 12%. Densidad básica: Relacionada la masa anhidra de la madera y su volumen con humedad igual o superior a 30%. Densidad nominal: Es la que relaciona la masa anhidra y el volumen con el contenido de humedad del 12%. Densidad de referencia: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera ambos con igual contenido de humedad.
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2.2.3. Contracción de la madera El secado de la madera por debajo del punto de saturación de la fibra, provoca perdida de agua en las paredes celulares, lo que a su vez produce contracción en la madera. Los tres ejes anteriormente descritos disminuyen, sin embargo, el proceso de contracción tangencial es mayor.
Tabla 1.4 contracción del Pino radiata secado al aire y en cámara.
humedad
Verde – 12%
Verde – Seco en cámara
Dimensión
Contracción %
Tangencial
4.0
Radial
2.0
Longitudinal
0.1
Volumétrica
6.0
Tangencial
7.0
Radial
3.4
Longitudinal
0.2
Volumétrica
10.5
2.2.4. Propiedades eléctricas La madera anhidra es un excelente aislante eléctrico, propiedad que decae a medida que aumenta el contenido de humedad. A temperatura de ambiente la resistencia aprox. Es de 10^16 ohm.metro decreciendo a 10^4 ohm.metro.
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2.2.5. Propiedades acústicas Es un aislante del sonido ya que tiene la capacidad de amortiguar las vibraciones sonoras. Su estructura celular porosa trasforma energía sonora en calórica, debido al roce y resistencia viscosa del medio.
2.2.6. Propiedades térmicas Depende de la conductividad térmica y de su calor especifico Conductividad está relacionada con la densidad, las cavidades celulares de la madera seca están lleno de aire, por ello es un mal conductor térmico. Las maderas de baja densidad conducen menos calor que las de alta densidad. Calor especifico de una madera es 4 veces la del cobre, 50% mayor a la del aire, no depende de la densidad pero si de la temperatura.
2.2.7. Propiedades mecánicas Determina la capacidad o aptitud para resistir fuerzas externas. Compresión paralela a las fibras Es la resistencia de la madera a una carga en dirección paralela a la fibra, la que se realiza en columnas cortas para determinar ña tención de rotura, tensión en el límite de proporcionalidad y módulo de elasticidad.
10 Compresión normal a las fibras Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una ca ra radial, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad y tensión máxima.
Flexión estática es la resistencia de la viga a una carga puntual aplicada en el centro de la luz, determinado la tensión en el límite de proporcionalidad, tensión de rotura y el módulo de elasticidad.
11 Tenacidad Es la capacidad que tiene la madera de absorber energía al aplicar una carga que actúa en forma instantánea.
Cizalle Es la medida de la capacidad de la pieza para resistir fuerzas que tienden a causar deslizamiento de una parte de la pieza sobre otra:
-
Cizalle paralelo tangencial La solicitación es paralela a las fibras y producen un plano de falla, tangente a los anillos de
crecimiento.
12 -
Cizalle paralelo radial La solicitación es paralela a las fibras y producen un plano de falla perpendicular a los anillos
de crecimiento. Clivaje Es la resistencia que ofrece la madera al rajamiento.
Clivaje tangencial El plano de falla es tangente
a los anillos de
crecimiento. Clivaje radial El plano de falla es normal a los anillos de crecimiento.
Tracción paralela a las fibras Es la resistencia a una carga de tracción en dirección paralela a las fibras.
13 Tracción normal a las fibras Es la resistencia que se opone la madera a una carga de tracción normal a las fibras.
Dureza Es la resistencia que presenta la madera a la penetración.
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CAPITULO III PATOLOGÍAS DE LA MADERA Se refiere a los factores que afectan a la madera por el hecho de ser materia orgánica, susceptible al ataque de seres vivos que pueden provocar su total degradación, a la acción de agentes bióticos que puedan destruirla o degradarla.
3.1. AGENTES BIÓTICOS Causas biologías Para ellos requiere ciertas condiciones para que lo s agentes se desarrollen y subsistan. -
Fuente de material alimentario para su nutrición.
-
Temperatura de 3° a 50° siendo optimo alrededor de 37°.
-
Humedad entre 20% y el 140% para que la madera pueda ser susceptible al hongos
-
Y lo más importante, una fuente de oxigeno suficiente para la subsistencia de los microorganismos.
3.1.1. Hongos Hongos cromógenos Se
caracteriza
por
alimentarse de las células vivas de la madera. El efecto que producen en la madera es un cambio de coloración, la madera toma un color azulado, pero en lo general no afecta su rendimiento, dado que no altera la pared celular.
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Hongos de producción Se alimentan de la pared celular, causando una severa perdida de resistencia, impidiendo a cualquier tipo de aplicación ya que la madera puede desintegrarse por la simple presión de los dedos.
-
La pudrición blanca es causada por el hongo que se alimenta de la lignina, dejando la celulosa de color blanco. En este caso la madera se rompe en fibras, por la que también se le denomina pudrición fibrosa.
-
La pudrición parda es causada por los hongos que se eliminan de la celulosa dejando la lignina, caracterizada por su color pardo. La madera se desgrana en cubos, porque también se le conoce como pudrición cubica.
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Mohos Son hongos que tienen una apariencia
de algodón fino. La extensión de estos dependen
fundamentalmente de la temperatura y de la humedad abundante. Afectan a la madera en su aspecto superficial y se pueden eliminar cepillando la pieza, no causan daño a la resistencia ni a otras propiedades. Si no se elimina podría ser atacado por el hongo de pudrición.
3.1.2. Insectos Coleópteros Los xilófagos puedes ser agrupado en tres categorías: -
Insectos que requieres un contenido de humedad en madera mayor del 20%, siendo la famili9a mas importante los Cerambícidos, cuyas larvas se alimentan del almidón, azucares y substanciaos albuminoideas de la madera. La mayoría ataca a los árboles en pie
17 y en número reducido de especies invade la madera que se encuentra encastillada, tanto de conífera como de -
latifoliadas.
Insectos que atacan madera parcialmente secas (menos de 18% de humedad) siendo la albura habitualmente afectada. A este grupo pertenecen los Lictidos, que se caracterizan porque las larvas se alimentan de almidón contenido en la pared celular, para la cual p ractican galerías de alrededor de 1mm de diámetro, destruyendo la madera y dejando tras de sí un aserrín muy fino. No atacan a las coníferas, solamente a las latifoliadas.
-
-
Insectos que atacan la madera seca, tanto coníferas como latifoliadas, y que pertenecen a la familia de los Anóbidos, comúnmente llamados Carcoma,que se alimenta a expensas de la célula y lignia. Dejando tras de sí un aserrín un poco más fino que el de los Lictidos.
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Termitas Son los atasques de este insecto que pueden causar mayor daño en las estructuras de la madera de una vivienda. Son capaces de introducirse entre los cimientos, sobre cimientos, radiares y muros de las edificaciones taladrando el hormigón, aprovechando las grietas, las cañerías y ductos que atraviesan estas estructuras.
3.2. AGENTES ABIÓTICOS 3.2.1. Degradación por luz El aspecto ultravioleta de la luz descompone la celulosa de la madera produciendo degradación. La acción de la luz es lenta a medida que trascurre el tiempo la degradación no aumenta, dado que los primeros milímetros afectados sirven de protección a l resto. Así, los efectos de la luz se hacen visibles entre el primer y séptimo año y la madera cambia de color, oscureciéndose o aclarándose según el grado de exposición que se encuentre. La degradación de la luz puede ser más rápida se combina con el deslavado que puede producir la lluvia, que arrastra la celulosa descompuesta.
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3.2.2. Humedad atmosférica Produce deterioros por los repentinos cambios de dimensiones que se producen en las capas superficiales de las piezas que se encuentra a la intemperie. Cabe recordar que la madera es una sustancia higroscópica influida por los cambios de las condiciones de humedad atmosférica, produciéndose absorción de agua en las superficies que quedan expuestas, hinchándose con el clima húmedo y lluvioso y contrayéndose en el periodo de sequía. Se puede esperar que el daño esperado se concentra en las capas externas de la madera, ya que se producen tensiones alternas de compresión y dilatación que se traducen en una desintegración mecánica de las capas superficiales. 3.2.3. Efecto hielo – deshielo La humedad contenida en las cavidades celulosas se trasforma a estado sólido, aumentando el volumen “anomalía del agua) de las fibras leñosas de la madera en estado verde, produciéndose un daño en la integridad física del material, lo que puede traducirse en la destrucción de las células ubicadas en la superficie. Si este fenómeno es respectico puede afectar la resistencia de la pieza.
3.2.4. Fuego Es uno de los agentes destructores que ningún material puede tolerar indefinidamente sin presentar algún deterioro. La reacción de la madera depende de: espesor de la pieza de madera, contenido de agua en la madera, densidad de la madera (especie).
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La madera está formado de celulosa aproximadamente un 44% y lignina, materiales ricos en carbono, admitiéndose que la madera contiene aproximadamente un 48% de carbono. La temperatura de inflamabilidad de la madera en circunstancias favorable es aproximadamente 275 °C siendo un factor importante el tiempo durante el cual fue calentada. Por debajo de 100°C escapa el vapor de agua contenido en la madera. De 100°C a 205°C se desprenden gases: CO2, CO. Hacia los 275°C la reacción es exotérmica los gases se desprenden en abundancia, adquiriendo un color achocolatado. La temperatura de la madera en el curso de su combustión esta desprendida entre 400°C Y 500°C aproximadamente. Esta temperatura es la mínima necesaria para continuar la combustión, por supuesto si existe oxigeno necesario.
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CAPITULO IV ESTRUCTURAS DE MADERAS 4.1. Obras remanentes 4.1.1. Casas Los usos más comunes y corrientes que frecuentemente en nuestro medio se le da a la madera en la construcción de vivienda:
Artesonado Construcción de armadura y estructuras en maderas para techos, las construcciones hechas de este material datan las épocas remotas y su empleo ha venido aumentando de acuerdo a la técnica constructiva, hasta llegar a ser a nuestros días, un ramo tan importante en la construcción. Por medio de tratamientos químicos, térmicos y electrónicos se han logrado hacer de la madera un, material incombustible, resistente a los insectos y a la intemperie, ligero y con el comportamiento magnifico cuando se ve sometida a esfuerzos de flexión y compresión.
Cielos falsos Es un aislante acústico térmico, se puede aprovechar como reflexión de la luz. Contribuyendo a una mejor iluminación del local, por esta razón no se debe renunciarse al empleo de los cielos rasos.
Entrepisos Se denomina así aquello
que solamente en una construcción separa horizontalmente los
diferentes niveles y que constituye a la vez el piso de uno de ellos, y el techo del otro, puede constar de los siguientes elementos: -
Estructuras: será esta parte el elemento resistente que deberá ser calculada con la suma de las cargas tanto vivas como muertas en una construcción.
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Pavimento: será esta capa sometida al desgaste, por la cual deberá seleccionarse siempre una materia adecuada que estará en función del uso al que vaya estar sometido.
-
Capa aislante: puede exigirse en un entrepiso determinadas características de aislamiento, el cual podrá ser acústico, térmico o bien contra el fuego.
-
Pisos de madera: a la superficie horizontal o suelos de la habitación, que forma el material de desgaste. Los cuales deben ser no solo resistentes, si no también rígidos.
4.1.2. Puentes La estructura de un puente se divide en dos partes: -
Superestructura: Caballetes es el tipo de puente más simple y consiste en largueros apoyándose sobre pilotes, que a la vez sirven de cimiento y columna. Puente de viga consiste en vigas laminadas y encoladas o vigas de madera solida sobre las cuales se coloca el tablero del puente. Puente de armadura los puentes de madera a base de armadura pueden ser de dos tipos: el primero el tablero del puente se apoya sobre la armadura laterales paralelas y segunda la armadura puede estar por encima del tablero del puente.
-
Subestructuras
Los bastiones y pilas para este tipo de puente podrán ser de piedra, concreto masivo, concreto armado y también de madera. La decisión de utilizar cualquiera de ellos dependerá de la longitud que tiene el puente y de la vida útil que se le va a dar a dicha construcción.
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CONCLUSIÓN -
Es necesario conocer a fondo las propiedades, limitaciones y características especiales de las maderas antes de su uso de ella.
-
Para lograr aprovechar en mejor forma los diferentes tipos de madera, es muy importante saber clasificarla para cada uso que se le de.
-
El diseñador de estructuras de madera debe poseer un amplio conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera.
-
Es importante cuales y como los defectos de la madera afecta en las piezas estructurales, de sde el punto de vista de resistencia.
-
Es importante saber evaluar las condiciones de uso de los elementos en una estructura, que este tiene una gran influencia en la resistencia de la madera.
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BIBLIOGRAFÍA -
Tesis-ingeniería de madera de William Ramón Godínez Mansilla
-
construcción de viviendas en madera- corporación chilena de la madera
-
materiales de construcción – Jorge Gómez Domínguez
-
manual del ingeniero civil – Frederick S. Merritt
-
tesis- estructura de madera aplicadas a la construcción e n el Perú – Ordeñes García Patricia y Lugo Chávez Yesenia (universidad católica del Perú)