Pablo Guindos - Fundamentos del diseño y la construcción con madera

EDICIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE

Vicerrectoría de Comunicaciones

Av. Libertador Bernardo O’Higgins 390, Santiago, Chile

editorialedicionesuc@uc.cl

www.ediciones.uc.cl

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 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

¿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