Vivienda Multifamiliar de Madera en Arequipa Ventajas y Desempeño

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(1)Universidad Católica de Santa María Facultad de Arquitectura e Ingenierías Civil y del Ambiente Escuela Profesional de Ingeniería Civil. “VIVIENDA MULTIFAMILIAR DE MADERA EN AREQUIPA VENTAJAS Y DESEMPEÑO”. Tesis presentada por el bachiller: Eldredge Arenas, Gonzalo Patricio Para optar por el Título Profesional de: Ingeniero Civil. Asesor: Ing. Rosas Espinoza, Jorge. Arequipa-Perú 2018.

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(3) DEDICATORIA Dedico este trabajo a Dios, y a mi familia por su apoyo incondicional. Gonzalo Patricio Eldredge Arenas.

(4) INTRODUCCION En la actualidad en el Perú, se usa mayormente el sistema de concreto armado y albañilería para la construcción de viviendas y edificaciones, sin embargo, esto conlleva riesgos para el medio ambiente dado que este tipo de construcciones dejan residuos y desperdicios no reciclables, además de la contaminación que genera tanto la fabricación de cemento como de acero. En nuestra ciudad, la madera no es considerada como un material de construcción formal, siendo solo utilizada para acabados y elementos no estructurales, sin embargo, en países desarrollados es bastante popular inclusive en aquellos ubicados en zonas sísmicas. Esta preferencia del concreto sobre la madera se ve inclusive reflejada en la norma técnica peruana, la cual esta referenciada casi en su totalidad en el acuerdo de Cartagena, un documento desactualizado. La madera es un material ecológico y que presenta buenas propiedades tanto físicas como mecánicas, lo que la dotan en un comportamiento sísmico superior al del concreto armado, caso que se abordara en este estudio..

(5) RESUMEN En este estudio se realizará el análisis sísmico estático y dinámico de una vivienda multifamiliar de tres pisos en un sistema de entramados de madera de pino radiata como también de la misma vivienda, pero diseñada utilizando sistemas de concreto armado, como el sistema dual y el de albañilería confinada utilizando la norma técnica peruana E030. Seguidamente se procederá a la realización del análisis y diseño de los elementos estructurales utilizando para la madera los estándares del American Wood Council y la norma técnica peruana para diseño en concreto armado y albañilería. Comparándose el ratio de la capacidad del elemento utilizada y el comportamiento ante sismo. Finalmente se concluyó que la madera posee en general un mejor desempeño tanto estructural como sísmico que los sistemas duales de concreto y albañilería confinada con la única deficiencia de ser un sistema mucho más flexible incrementando las deformaciones de los miembros estructurales. PALABRAS CLAVE: Pino radiata, Madera estructural, construcción en madera, vivienda multifamiliar..

(6) ABSTRACT This study is composed of the static and dynamic seismic analysis of a three-story multi-familiar building using as a main structural material California Pine (Pino radiata) wood and also a common structural system of concrete and masonry according to the Peruvian technical standard E030. As well as their respective design of each structural member using the standard of the American Wood Council for wood and the Peruvian technical standards for concrete and masonry, where the ratios between the resultants forces and moments were compared. Concluding that the wood has a better structural performance in general than the concrete and masonry system except for the resultant deformations due to the better flexibility of the wood system.. KEYWORDS: California pine, Structural Wood, Construction in Wood, Multifamily housing ..

(7) INDICE DE CONTENIDO DEDICATORIA................................................................................................................................ 3 RESUMEN ..................................................................................................................................... 5 ABSTRACT ..................................................................................................................................... 6 INDICE DE CONTENIDO ................................................................................................................. 7 INDICE DE CUADROS Y TABLAS .................................................................................................... 12 INDICE DE ILUSTRACIONES .......................................................................................................... 14 1.. CAPÍTULO 1: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................... 1. 1.1.. Justificación del problema ................................................................................................. 1. 1.2.. Objetivos ........................................................................................................................... 2. 1.2.1.. Principales ..................................................................................................................... 2. 1.2.2.. Secundarios ................................................................................................................... 2. 1.3.. ALCANCES Y LIMITACIONES ............................................................................................... 3. 1.3.1.. Alcances ........................................................................................................................ 3. 1.3.2.. Limitaciones .................................................................................................................. 3. 2.. CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 5. 2.1.. Especie pino radiata .......................................................................................................... 5. 2.2.. propiedades físicas de la madera ....................................................................................... 6. 2.2.1.. Densidad ....................................................................................................................... 6. 2.2.2.. Contenido de humedad ................................................................................................. 6. 2.3.. Propiedades mecánicas de la madera ................................................................................ 6. 2.3.1.. Resistencia a la compresión ........................................................................................... 7. 2.3.2.. Resistencia al corte ........................................................................................................ 7. 2.3.3.. Resistencia a la flexión ................................................................................................... 7. 2.3.4.. Resistencia a la tracción ................................................................................................. 8. 2.4.. Propiedades elásticas de la madera ................................................................................... 8. 2.4.1.. Módulo de elasticidad de la madera .............................................................................. 8. 2.4.2.. Módulo de corte o rigidez .............................................................................................. 9. 2.5.. Sistemas estructurales de madera ..................................................................................... 9. 2.5.1.. Sistema de entramado de madera ................................................................................. 9. 2.5.2.. Sistema de poste y viga................................................................................................ 10. 2.5.3.. Sistemas con armaduras .............................................................................................. 11. 2.6.. Tipos de madera usada en la construcción ....................................................................... 12. 2.6.1.. Madera aserrada ......................................................................................................... 12. 2.6.2.. Madera estructural compuesta .................................................................................... 13. 2.6.3.. Madera estructural laminada....................................................................................... 13. 3.. CAPITULO 3: CONCEPCION ESTRUCTURAL ........................................................................... 14.

(8) 3.1.. Datos generales del proyecto .......................................................................................... 14. 3.2.. Planteamiento estructural del edificio en madera ........................................................... 16. 3.2.1.. Disposición de los elementos y elección del sistema estructural .................................. 16. 3.2.2.. Pre dimensionamiento de los elementos. .................................................................... 17. 3.2.3.. Definición de las propiedades de los materiales ........................................................... 22. 3.3.. Planteamiento estructural del edificio en concreto armado ............................................. 22. 3.3.1.. Disposición de los elementos y elección del sistema estructural .................................. 22. 3.3.2.. Pre dimensionamiento de los elementos ..................................................................... 23. 3.3.3.. Definición de las propiedades de los materiales ........................................................... 25. 4.. CAPITULO 4: PROCEDIMIENTO Y NORMATIVA DE ANÁLISIS SÍSMICO ................................... 26. 4.1.. Introducción .................................................................................................................... 26. 4.2.. Método de análisis estático ............................................................................................. 30. 4.2.1. 4.3.. Método de análisis dinámico ........................................................................................... 31. 4.3.1. 4.4. 5.. Procedimiento ............................................................................................................. 30 Procedimiento ............................................................................................................. 32 Requerimientos generales de la estructura por sismo ...................................................... 32. CAPÍTULO 5: ANÁLISIS SISMICO ........................................................................................... 34. 5.1.. Modelamiento de la estructura ....................................................................................... 34. 5.1.1.. Modelamiento de la estructura de madera. ................................................................. 34. 5.1.2.. Modelamiento de la estructura de sistema dual .......................................................... 40. 5.2.. Análisis sísmico estático .................................................................................................. 43. 5.2.1.. Análisis sísmico estático para estructura de entramado de madera. ............................ 43. 5.2.2.. Análisis sísmico estático para estructura de sistema dual ............................................. 47. 5.3.. Análisis sísmico dinámico ................................................................................................ 49. 5.3.1.. Análisis sísmico dinámico para estructura de entramado de madera ........................... 49. 5.3.2.. Análisis sísmico dinámico para estructura de sistema dual ........................................... 55. 5.4.. Verificación de irregularidades ........................................................................................ 59. 5.5.. Comparativa y análisis de resultados. .............................................................................. 61. 6.. CAPÍTULO 6: PROCEDIMIENTOS Y NORMATIVA DE DISEÑO EN MADERA ............................. 66. 6.1.. Normativa ....................................................................................................................... 66. 6.2.. Diseño de elementos a flexión ......................................................................................... 67. 6.2.1.. Diseño por flexión........................................................................................................ 67. 6.2.2.. Diseño por corte .......................................................................................................... 74. 6.2.3.. Cálculo de deflexiones ................................................................................................. 76. 6.2.4.. Diseño por resistencia al fuego .................................................................................... 76. 6.3.. Diseño de elementos a compresión ................................................................................. 77. 6.3.1.. Diseño por compresión ................................................................................................ 78. 6.3.2.. Diseño por flexo compresión ....................................................................................... 81.

(9) 6.3.3. 6.4.. Diseño por resistencia al fuego .................................................................................... 83 Diseño de muros de corte ................................................................................................ 84. 6.4.1.. Diseño de elementos del armazón ............................................................................... 84. 6.4.1.1.. Diseño de puntales de madera y tensores de borde ................................................. 85. 6.4.1.2.. Diseño de soleras superiores e inferiores ................................................................. 86. 6.4.2.. Diseño del muro de corte como unidad en conjunto .................................................... 86. 6.4.2.1.. Cálculo de deflexiones ............................................................................................. 86. 6.4.2.2.. Diseño por corte ...................................................................................................... 87. 6.5.. Diseño de conectores ...................................................................................................... 92. 6.5.1.. Diseño por fuerzas de extracción ................................................................................. 92. 6.5.2.. Diseño por fuerzas laterales ......................................................................................... 95. 6.6.. Diseño de cimentación .................................................................................................. 101. 6.6.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 101. 6.6.2.. Diseño por cortante ................................................................................................... 102. 6.6.3.. Diseño por punzonamiento........................................................................................ 103. 7.. CAPÍTULO 7: PROCEDIMIENTOS Y NORMATIVA DE DISEÑO PARA SISTEMA DUAL .............. 105. 7.1.. Normativa ..................................................................................................................... 105. 7.2.. Diseño de vigas de concreto armado ............................................................................. 105. 7.2.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 106. 7.2.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 106. 7.2.3.. Cálculo y verificación de deflexiones .......................................................................... 107. 7.3.. Diseño de columnas ...................................................................................................... 108. 7.3.1.. Diseño por compresión .............................................................................................. 108. 7.3.2.. Diseño por flexo compresión ..................................................................................... 109. 7.3.3.. Diseño por corte ........................................................................................................ 110. 7.4.. Diseño de muros de albañilería...................................................................................... 111. 7.4.1.. Diseño del muro como unidad en conjunto ................................................................ 111. 7.4.1.1.. Verificación de esfuerzo axial máximo y aplastamiento .......................................... 111. 7.4.1.2.. Control de fisuración.............................................................................................. 112. 7.4.1.3.. Diseño por fuerzas de flexo compresión ................................................................. 113. 7.4.2.. Diseño de la fuerza cortante global de la edificación .................................................. 114. 7.4.3.. Diseño de los elementos de confinamiento................................................................ 114. 7.4.3.1.. Diseño de columnas de confinamiento................................................................... 114. 7.4.3.1.1.. Verificación de área de sección .............................................................................. 115. 7.4.3.1.2.. Cálculo de acero de refuerzo.................................................................................. 116. 7.4.3.2.. Diseño de soleras de confinamiento ...................................................................... 118. 7.5. 8.. Diseño de la cimentación............................................................................................... 119 CAPITULO 8: DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE MADERA ...................................................... 120.

(10) 8.1.. Diseño de viguetas ........................................................................................................ 120. 8.1.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 120. 8.1.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 123. 8.1.3.. Verificación de deflexiones ........................................................................................ 124. 8.1.4.. Diseño por resistencia al fuego .................................................................................. 124. 8.2.. Diseño de vigas.............................................................................................................. 124. 8.2.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 125. 8.2.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 128. 8.2.3.. Cálculo de deflexiones ............................................................................................... 129. 8.2.4.. Diseño por resistencia al fuego .................................................................................. 130. 8.3.. Diseño de columnas ...................................................................................................... 131. 8.3.1.. Diseño por compresión .............................................................................................. 131. 8.3.2.. Diseño por flexo compresión ..................................................................................... 134. 8.3.3.. Diseño por resistencia al fuego. ................................................................................. 137. 8.4.. Diseño de muros de corte .............................................................................................. 138. 8.4.1.. Diseño de los elementos del armazón ........................................................................ 139. 8.4.1.1.. Diseño de puntales y tensores de borde................................................................. 139. 8.4.1.2.. Diseño de soleras ................................................................................................... 141. 8.4.2.. Diseño de muro de corte ........................................................................................... 142. 8.4.2.1.. Deflexiones ............................................................................................................ 142. 8.4.2.2.. Diseño por corte .................................................................................................... 143. 8.5.. Diseño de conexiones .................................................................................................... 144. 8.5.1.. Diseño por fuerzas de extracción ............................................................................... 144. 8.5.2.. Diseño por fuerzas laterales ....................................................................................... 146. 8.6.. Diseño de cimentación .................................................................................................. 150. 8.6.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 150. 8.6.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 151. 8.6.3.. Diseño por punzonamiento........................................................................................ 152. 9.. CAPITULO 9: DISEÑO DE LA ESTRUCTURA EN SISTEMA EN CONCRETO ............................... 153. 9.1.. Diseño de viguetas ........................................................................................................ 153. 9.1.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 153. 9.1.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 155. 9.1.3.. Cálculo y verificación de deflexiones .......................................................................... 155. 9.2.. Diseño de vigas.............................................................................................................. 156. 9.2.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 157. 9.2.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 158. 9.2.3.. Cálculo y verificación de deflexiones .......................................................................... 159. 9.3.. Diseño de columnas ...................................................................................................... 160.

(11) 9.3.1.. Diseño por compresión .............................................................................................. 161. 9.3.2.. Diseño por flexión biaxial ........................................................................................... 161. 9.3.3.. Diseño por corte ........................................................................................................ 162. 9.4.. Diseño de muros de albañilería...................................................................................... 164. 9.4.1.. Verificación de resistencia del muro .......................................................................... 165. 9.4.2.. Diseño de columnas de confinamiento ...................................................................... 166. 9.4.3.. Diseño de soleras de confinamiento .......................................................................... 168. 9.5.. Diseño de cimentación .................................................................................................. 169. 9.5.1.. Diseño por flexión...................................................................................................... 170. 9.5.2.. Diseño por corte ........................................................................................................ 170. 9.5.3.. Diseño por punzonamiento........................................................................................ 171. 10.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................... 172. 10.1.. Conclusiones. ............................................................................................................ 172. 10.2.. Recomendaciones ..................................................................................................... 173. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 175 ANEXOS .................................................................................................................................... 176.

(12) INDICE DE CUADROS Y TABLAS Tabla 3.1.1: áreas principales de la edificación por piso ............................................................... 14 Tabla 3.2.3.1: Propiedades de la madera de pino radiata ............................................................ 22 Tabla 4.1.1: Valores de factor de zona sísmica............................................................................. 26 Tabla 4.1.2: Valores de sitio TP y TL .............................................................................................. 27 Tabla 4.1.3: Valores del factor de amplificación de suelos ........................................................... 28 Tabla 4.1.4: Valores de reducción de fuerza basal R0 ................................................................... 28 Tabla 4.1.5: Porcentaje de carga viva a ser usado en condiciones de servicio .............................. 29 Tabla 4.4.1: Derivas admisibles de entrepiso para cada sistema estructural ................................ 33 Tabla 5.1.1.1: Propiedades de la madera de pino radiata conversión de unidades ....................... 35 Tabla 5.1.1.2: Propiedades de la madera de pino radiata conversión de unidades ....................... 35 Tabla 5.1.1.3: Cargas Muertas y cargas vivas consideradas en el análisis ..................................... 38 Tabla 5.2.1.1: Distribución de fuerza de 10 tnf para cálculo del período fundamental ................. 44 Tabla 5.2.1.2: Cálculo del periodo fundamental en las direcciones x y y para la estructura .......... 44 Tabla 5.2.1.3: Peso de la estructura por piso y peso total de la edificación .................................. 45 Tabla 5.2.1.4: Distribución de fuerzas en altura para análisis estático .......................................... 45 Tabla 5.2.1.5: Distribución de fuerza vertical por piso para análisis estático ................................ 45 Tabla 4.2.1.6: Cálculo y verificación de derivas de entrepiso ....................................................... 47 Tabla 5.2.2.1: Cálculo de fuerza cortante en la base para diferentes direcciones de análisis ........ 48 Tabla 5.2.2.2: Cálculo de fuerzas para cada piso eje X ................................................................. 48 Tabla 5.2.2.3: Cálculo de fuerzas de cada piso eje Y ..................................................................... 48 Tabla 5.2.2.4: Cálculo y verificación de derivas de entrepiso para análisis estático ...................... 49 Tabla 5.2.2.5: Verificación de sistema estructural dual dirección X .............................................. 49 Tabla 5.3.1.1: Valores calculados para el espectro de pseudo- aceleraciones para la madera ...... 50 Tabla 5.3.1.2: Cálculo de valores para el espectro vertical a ser utilizado en el análisis ................ 51 Tabla 5.3.1.3: Valores de deriva de entrepiso calculados utilizando el software RISA 3D en pulgadas ..................................................................................................................................... 53 Tabla 5.3.1.4: Comparación de cortante estático vs dinámico ..................................................... 54 Tabla 5.3.2.1: Espectro calculado para la dirección X ................................................................... 56 Tabla 5.3.2.2: Espectro calculado para la dirección Y con sismo severo ....................................... 56 Tabla 5.3.2.3: Espectro calculado para la dirección Y con sismo moderado .................................. 57 Tabla 5.3.2.4: Verificación de masa participativa en cada dirección de análisis ............................ 57 Tabla 5.3.2.5: Comparación de cortante en la base para caso estático y dinámico ....................... 58 Tabla 5.3.2.3: Cálculo y verificación de derivas para análisis dinámico ......................................... 58 Tabla 5.4.1.1: Resultados de derivas obtenidas a partir de los análisis sísmicos efectuados ......... 59 Tabla 5.4.1.2: Factor de relación de la deriva de entrepiso respecto al piso superior ................... 59 Tabla 5.4.1.3: Verificación de irregularidad por masa .................................................................. 60 Tabla 5.5.1: Períodos obtenidos para las diferentes estructuras .................................................. 63 Tabla 5.5.2: Desplazamientos máximos obtenidos para ambas estructuras ................................. 64 Tabla 6.2.1.3: Valores del factor por servicio en condiciones de humedad................................... 68 Tabla 6.2.1.4: Factor de uso en temperatura ............................................................................... 68 Tabla 6.2.1.5: Cuadro resumen de necesidad de soporte lateral para elementos tipo viga .......... 69 Fuente: AWC, NDS Capítulo 4 sección 4.4.1 ................................................................................. 69 Tabla 6.2.1.6: Longitudes efectivas para elementos a flexión ...................................................... 71 Tabla 6.2.1.7: Factor de tamaño dependiendo del tipo de madera estructural ............................ 71 Tabla 6.2.1.8: Factores de modificación dependiendo del plano de acciòn .................................. 72 Tabla 6.2.1.9: Longitudes efectivas para elementos a flexión ...................................................... 73 Tabla 6.2.1.10: Factores de resistencia por tiempo dependiendo de la combinación de cargas.... 73 Tabla 6.2.4.1: Valores de espesor efectivo de la capa carbonizada para un ratio de carbonización de 1.5 pulg/h .............................................................................................................................. 77.

(13) Tabla 6.3.1.1: Factores COVE en función del tipo de madera ........................................................ 79 Tabla 6.3.1.2: Factores C para el cálculo del factor de estabilidad en columnas ........................... 81 Tabla 6.3.2.1: Valores de factor K para calculo de longitud efectiva en columnas ........................ 83 Tabla 6.4.1.1: Factor de uso repetitivo para puntales de muro de corte ...................................... 85 Tabla 6.4.2.1: Factores de ajuste Cub para muros no restringidos lateralmente ............................ 87 Tabla 6.4.2.2: Máxima relación entre altura y longitud para muros de corte de madera .............. 90 Tabla 6.4.2: Resistencias al corte y valores de módulo Gs para muros de corte de madera de tipo aserrada ..................................................................................................................................... 91 Tabla 6.5.1.1: Factores de resistencia por servicio mojado o humedad ........................................ 93 Tabla 6.5.1.2: Factor de uso en temperatura ............................................................................... 93 Tabla 6.5.1.3: Valores de referencia de resistencia a fuerzas de extracción para clavos ............... 94 Tabla 6.5.1.4: Resistencia a la extracción de referencia para pernos y elementos tipo dowell ..... 95 Tabla 6.5.2.1: Módulos de carga/desplazamiento dependiendo del uso de los conectores, donde D es el diámetro del elemento en pulgadas .................................................................................... 97 Tabla 6.5.2.2: Distancia mínima requerida desde la última fila de pernos hasta el borde del elemento .................................................................................................................................... 98 Tabla 6.5.2.3: Espaciamiento mínimo de los elementos de sujeción ............................................ 98 Tabla 6.5.2.4: Valores de resistencia de los elementos de conexión tipo dowell ........................ 100 Tabla 6.6.3.1: Valores de as dependiendo del tipo de columna que se soporte.......................... 104 Tabla 7.2.3.1: Deflexiones admisibles máximas para elementos reforzados en una sola dirección ................................................................................................................................................. 108 Tabla 7.4.3.1.1: Cálculo de fuerzas internas en los elementos de confinamiento de los muros de albañilería ................................................................................................................................. 115 Tabla 8.1.1.1: Cálculo del momento resistente M’ ..................................................................... 122 Tabla 6.2.1.11: Cálculo de fuerza cortante resistente V’ ............................................................ 123 Tabla 8.1.4.1: Cálculo de momento resistente de flexión para la vigueta por acción del fuego .. 124 Tabla 8.2.1.1: Cálculo del momento resistente máximo para viga principal de madera .............. 127 Tabla 8.2.2.1 Cálculo dela fuerza cortante resistente de la viga analizada .................................. 128 Tabla 8.2.4.1: Cálculo del momento resistente bajo la acción de fuego para la viga ................... 130 Tabla 8.3.1.1: Cálculo de la fuerza axial resistente de la columna C1 de madera ........................ 133 Tabla 8.3.2.1: Cálculo de la resistencia a la flexión de la columna C1 en dirección y (lado largo) 136 Tabla 8.3.2.2: Cálculo de la resistencia a la flexión de la columna C1 en dirección z (lado corto) 136 Tabla 8.3.2.3: Cálculo de fuerzas y momentos críticos para la columna C1 ................................ 136 Tabla 8.3.2.4: Verificación de compresión y flexión biaxial para columna C1 ............................. 137 Tabla 8.3.2.5: Segunda verificación para flexo compresión de la columna C1 ............................ 137 Tabla 8.3.3.1: Cálculo de resistencia a la compresión de columna bajo la acción del fuego ........ 138 Tabla 8.4.1.1.3: Cálculo de la resistencia a la compresión de los puntales bajo exposición al fuego ................................................................................................................................................. 141 Tabla 8.4.1.1.4: Cálculo de la resistencia a la tracción de los puntales bajo exposición al fuego . 141 Tabla 8.4.1.2.1: Cálculo de la fuerza resistente en compresión de soleras de muro de madera .. 142 Tabla 8.4.1.2.2: Cálculo de la fuerza resistente a tracción de soleras de confinamiento de muro de madera ..................................................................................................................................... 142 Tabla 8.5.1: Diseño de conexiones tipo ..................................................................................... 148 Tabla 8.6.1.1: Cálculo de área de acero en dirección Y............................................................... 151 Tabla 8.6.1.2: Cálculo de área de acero en dirección X .............................................................. 151 Tabla 8.6.2.1: Cálculo de cortante ultimo para losa de cimentación........................................... 151 Tabla 8.6.2.1: Cálculo de fuerza resistente de corte de la losa de cimentación .......................... 152 Tabla 8.6.3.1: Verificación de zapata por punzonamiento ......................................................... 152 Tabla 9.1.1.1: Cálculo de acero de refuerzo para vigueta tipo 1 ................................................. 155 Tabla 4.1.1.2: Verificación de resistencia de viguetas al corte (los espacios en blanco representan la zona desde el apoyo de la columna hasta una distancia d)..................................................... 155.

(14) Tabla 9.2.1.1: Cálculo y disposición de los refuerzos de acero para la viga examinada ............... 158 Tabla 9.2.2.1: Calculo de espaciamiento máximo de estribos en la zona de confinamiento ....... 159 Tabla 9.2.2.2: Cálculo del refuerzo de acero y espaciamiento para la viga analizada .................. 159 Tabla 9.3.2.1: Cálculo de la resistencia nominal en flexión biaxial columna C3........................... 162 Tabla 9.3.1.1: Cálculo de refuerzo para corte de columna C3 (en azul marino se muestra la zona de confinamiento) ......................................................................................................................... 164 Tabla 9.4.1.1: Verificación de esfuerzo axial máximo para el muro ............................................ 166 Tabla 9.4.1.2: Cálculo de resistencia a la fisuración para el muro correspondiente en el primer piso ................................................................................................................................................. 166 Tabla 9.4.2.1: Cálculo de fuerzas internas en columnas de confinamiento de muro ................... 167 Tabla 9.4.2.2: Cálculo del área del núcleo de las columnas para compresión y corte fricción ..... 167 Tabla 9.4.2.3: Cálculo del área de acero requerida para las columnas de confinamiento ........... 168 Tabla9.4.2.4: Cálculo de espaciamiento de estribos en la zona de confinamiento para columnas de confinamiento .......................................................................................................................... 168 Tabla 9.5.1.1: Cálculo de acero de refuerzo por flexión para zapata Z1 ...................................... 170 Tabla 9.5.2.1: Cálculo de resistencia de la sección a fuerzas cortantes ....................................... 170 Tabla 9.5.3.1: Verificación por punzonamiento de la zapata ...................................................... 171. INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 2.3.4.1: Curvas esfuerzo deformación para elementos de madera ............................... 8 Ilustración 2.5.1.1: Sistema entramado plataforma y entramado global ...................................... 10 Ilustración 2.5.2.1: Sistema de poste y viga con viguetas (superior) y entablados (inferior) ......... 11 Ilustración 2.5.3.1: Ilustración de una cercha tanto en vista frontal (superior) como perspectiva isométrica (inferior) .................................................................................................................... 12 Ilustración 3.1.1: Plantas de arquitectura del primer piso (arriba izquierda), segundo piso (arriba a la derecha), tercer piso (abajo a la izquierda) y azotea (abajo a la derecha) ................................. 15 Ilustración 3.1.2: Fachada de la edificación (izquierda) y corte de elevación (derecha) ................ 15 Ilustración 3.2.1.1: Disposición en planta de los muros de corte propuestos ............................... 16 Ilustración 3.2.2.1: Sección de losa de madera (superior) y detalle de armado con tablones (inferior) ..................................................................................................................................... 18 Ilustración 3.2.2.2: Disposición en planta de las columnas mencionadas ..................................... 19 Ilustración 3.2.2.3: Muro de corte de madera típico .................................................................... 20 Ilustración 3.2.2.4: Conexiones planteadas a ser utilizadas para cada miembro de madera ......... 21 Ilustración 3.3.1.1: Disposición de los muros de albañilería en la planta de la edificación ............ 23 Ilustración 3.3.1.2: Sección de corte típico de aligerado .............................................................. 24 Ilustración 3.3.2.2: Sección de placa planteada ........................................................................... 25 Ilustración 5.1.1.1: Definición e introducción de propiedades de la madera ................................ 36 Ilustración 5.1.1.2: Definición e introducción de propiedades de concreto de cimentación ......... 36 Ilustración 5.1.1.3: Definición e introducción de propiedades de acero de conectores ................ 36 Ilustración 5.1.1.4: Definición de los muros de corte y el rango de diseño para estos .................. 37 Ilustración 5.1.1.5: Definición de tipo de losa a utilizar y sus propiedades ................................... 37 Ilustración 5.1.1.5: Modelamiento de plantas típicas de pisos en el programa, de primer piso (izquierda), segundo piso (centro) y tercer piso (derecha) ........................................................... 37 Ilustración 5.1.1.6: Definición de las cargas en el software .......................................................... 38 Ilustración 5.1.1.7: Modelamiento de la estructura en software RISA .......................................... 39 Ilustración 5.1.1.8: Modelo exportado al software RISA 3D, a la izquierda se observa el modelo exportado, y a la derecha las cargas resultantes de la losa y viguetas del modelo anterior .......... 40.

(15) Ilustración 5.1.2.1: Definición de materiales de concreto y ladrillo a software ............................. 41 Ilustración 5.1.2.2: Definición de material de acero estructural en software................................ 41 Ilustración 5.1.2.3: Definición de las secciones de área para muros de albañilería (arriba izquierda), Placas de concreto (Arriba derecha) y finalmente losa aligerada de 20 cm (abajo) ..... 42 Ilustración 5.1.2.4: Modelamiento de los elementos de la estructura en sistema dual ................. 42 Ilustración 5.1.2.5: Asignación de carga muerta y carga viva para el modelo de sistema dual ...... 43 Ilustración 5.2.1.1: En la figura se aprecia en la parte superior como se asignan las cargas para el caso 28 definido como el análisis en el eje x mas la excentricidad en el eje vertical, en la parte inferior se aprecia como se definen las combinaciones de carga con el caso 37 definido en el programa como fuerza vertical estatica ...................................................................................... 46 Ilustración 5.3.1.1: Gráfico del espectro de pseudo-aceleraciones para la madera ...................... 50 Ilustración 5.3.1.4: Masas participativas de cada modo de vibración, (arriba primera iteración, abajo iteración final) ................................................................................................................... 53 Ilustración 5.3.1.5 Obtención de los cortantes en la base para el análisis dinámico ..................... 54 Ilustración 5.3.1.6: Verificación de cortante dinámico para estructura de madera ....................... 55 Ilustración 5.3.2.1: Definición de masa sísmica ............................................................................ 55 Ilustración 5.3.2.2: Comprobación de cumplimiento del cortante dinámico ................................ 58 Ilustración 5.5.1: Gráfico de comparación de resultados de análisis estático ............................... 61 Ilustración 5.5.2: Gráfico de comparación proporcional de peso sísmico y fuerza cortante basal . 62 Ilustración 5.5.3: Gráfico de relación de masa participativa y periodo para el sistema de madera 63 Ilustración 5.5.4: Gráfico de relación de masa participativa y periodo para el sistema de muros.. 63 Ilustración 5.5.5: Gráfica de desplazamientos máximos para cada dirección................................ 65 Ilustración 6.4: Distribución de los elementos de un muro de corte de madera ........................... 84 Ilustración 6.5.2.1: Modo de disposición de conectores tipo Im.................................................. 100 Ilustración 7.3.1.1: Definición de A2 para diseño por aplastamiento .......................................... 109 Ilustración 8.1.1: Sección considerada de vigueta para el cálculo .............................................. 120 Ilustración 8.1.1.1: Se puede apreciar en la parte superior la carga distribuida de una vigueta típica, seguido del diagrama de fuerzas cortantes, luego el diagrama de momentos flectores y finalmente las deflexiones para las condiciones de servicio ....................................................... 122 Ilustración 8.1.1.2: Se puede apreciar en la parte superior la carga distribuida de una vigueta típica, seguido del diagrama de fuerzas cortantes, luego el diagrama de momentos flectores y finalmente las deflexiones para las condiciones de combinación 1 ............................................ 123 Ilustración 8.2.1. Combinaciones de carga para el diseño de los elementos de madera ............. 125 Ilustración 8.2.2: Sección de viga principal ................................................................................ 125 Ilustración 8.2.1: Detalle de unión de vigas principales con elementos verticales (Para ver las especificaciones técnicas de las conexiones, ver planos anexos) ............................................... 126 Ilustración 8.2.1.2 Envolvente de momentos para la viga diseñada ........................................... 128 Ilustración 8.2.2.1: Envolvente de fuerzas cortantes obtenidas para la viga ............................... 129 Ilustración 8.2.3.1: Envolvente de deflexiones para la viga a ser diseñada ................................. 130 Ilustración 8.3.1 : Sección de la columna C1 a analizar............................................................... 131 Ilustración 8.3.1.1: Envolvente de fuerza axial de compresión para columna C1 de madera ...... 134 Ilustración 8.3.2.1: Envolvente de momentos en el eje z (lado corto) para la columna C1 .......... 135 Ilustración 8.3.2.2: Envolvente de momentos en el eje y (lado largo) para la columna C1 .......... 135 Ilustración 8.4.1: Envolvente de fuerzas para el muro de corte a ser analizado .......................... 138 Ilustración 8.4.2: Muro a ser diseñado en el primer piso ........................................................... 139 Ilustración 8.4.1.1.1: Cálculo de la resistencia a la compresión de los puntales de muros de corte ................................................................................................................................................. 140 Ilustración 8.4.1.1.2: Cálculo de la resistencia a la tensión de los tensores de borde ................. 140 Ilustración 8.4.2.1: Deflexiones máximas obtenidas para el muro de corte a analizar en el primer piso........................................................................................................................................... 143 Ilustración 8.5.1.1: Detalle típico de hold-downs para muros de corte ...................................... 144.

(16) Ilustración 8.5.2.1: Detalle de conexión entre viga y viga principal ............................................ 146 Ilustración 8.5.2.2: Envolvente de fuerzas cortantes de la viga V-104 ........................................ 147 Ilustración 9.1.1: Detalle de losa aligerada de 20 cm ................................................................. 153 Ilustración 9.1.2: representación de tramo de vigueta a diseñar................................................ 153 Ilustración 4.1.1.1: Diagrama de momentos flectores obtenido para la vigueta ......................... 154 Ilustración 4.1.1.2: Diagrama de fuerzas cortantes de diseño para la vigueta analizada ............. 154 Ilustración 4.1.3.1: Diagrama de deformaciones del primer tramo de vigueta (superior) y el segundo trabo de la vigueta (inferior) ....................................................................................... 156 Ilustración 9.2.1: ubicación de la viga en el plano (derecha) ...................................................... 157 Ilustración 9.2.2: Viga sección y refuerzo planteado .................................................................. 157 Ilustración 9.2.1.1: Envolvente de diseño para la viga a calcular ................................................ 158 Ilustración 9.3.1: Ubicación de la columna a diseñar C3............................................................. 160 Ilustración 9.3.2: Sección de columna C3 planteada .................................................................. 160 Ilustración 9.3.1.1: Envolvente de fuerza compresora para columna C3 .................................... 161 Ilustración 9.3.2.1, Diagrama de interacción para la columna C3 como se observa ningún punto de demanda supera la capacidad de la columna........................................................................ 162 Ilustración 9.3.1.1: Diagrama de fuerzas cortantes para la columna C3 en dirección X (superior) y dirección Y (inferior) ................................................................................................................. 163 Ilustración 9.4.1:Ubicación del muro de albañilería a diseñar EJE A ........................................... 165 Ilustración 9.5.1: Ubicación y representación de zapata a diseñar ............................................. 169.

(17) 1. CAPÍTULO 1: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Justificación del problema En la actualidad el Perú experimenta un déficit cuantitativo de vivienda de 1.8% a nivel nacional mientras que el déficit cualitativo es del 9.9% (INEI, Encuesta nacional de programas presupuestales, (2016)), los mismos que disminuyen para el área urbana mientras que en el área rural se nota una diferencia más pronunciada, es decir que se cuenta con viviendas, sin embargo, es necesario mejorar su calidad para el correcto aprovechamiento de estas por los ciudadanos. La industria del cemento y concreto tiene, en general un impacto negativo para el medio ambiente, principalmente en los procesos de manejo, transporte del material y emisiones de gases tales como el CO2 e hidrocarburos provenientes de los hornos de fabricación (Departamento del Medio Ambiente del Banco Mundial, Trabajos técnicos del Departamento de medio Ambiente del Banco Mundial, (1991)). A pesar de los esfuerzos que se generan para reducir el impacto como son la implementación de normas como la ISO 14001 el 71% de trabajadores de empresas productoras de concreto (Navas de García, impactos ambientales asociados con el proceso de construcción del concreto (2015)) dijeron no percibir que las empresas realizaran trabajos de responsabilidad social empresarial (RSE). De modo que en este estudio se propone la implementación de la madera como material de construcción alternativo en el Perú. A pesar de los pocos estudios que se encuentran en nuestro medio, esta posee un comportamiento excelente ante la acción de sismos y se ha demostrado experimentalmente que modelos en programas de elementos finitos dan resultados que brindan una buena aproximación a la realidad (Ordoñez García (2016)). Tal es el caso que en Latinoamérica el país que más ha impulsado su uso ha sido chile con la constante actualización y publicación de la norma chilena de diseño en madera NCh 1198, esta 1.

(18) situación se debe principalmente debido a creencias infundadas respecto de su vulnerabilidad ante el fuego y las plagas las cuales se evitan con la utilización de recubrimientos. Ante la problemática planteada, este estudio se centra en el análisis y comparación de dos sistemas estructurales que suplan una misma arquitectura (ver ANEXO planos arquitectura), para ser analizadas y diseñadas para suplir la demanda de una edificación en el Perú. 1.2. Objetivos 1.2.1. Principales . Comprobar si la madera utilizada cumple los requisitos de diseño, bajo las condiciones de análisis empleadas en el Perú.. . Analizar las principales diferencias entre el sistema estructural de madera y el de concreto armado, así como su comportamiento ante un sismo en el Perú.. . Interpretar los resultados obtenidos en pro de obtener las principales diferencias de comportamiento y diseño de un sistema de entramado de madera respecto de un sistema tradicional de concreto armado y albañilería.. 1.2.2. Secundarios . Realizar un análisis sísmico estático y dinámico tanto para el sistema de madera como para el sistema de concreto armado.. . Determinar el cortante en la base tanto para la estructura de madera como para la estructura de concreto armado, así como también los desplazamientos máximos obtenidos y las derivas de entrepiso correspondientes.. 2.

(19) . Realizar el diseño de los elementos estructurales de la estructura de madera, así como también de la estructura de concreto armado y albañilería.. . Determinar y las fuerzas, momentos y deflexiones máximas de los miembros. estructurales. analizados. determinando. en. que. porcentaje de su capacidad trabajarán. 1.3. ALCANCES Y LIMITACIONES 1.3.1. Alcances El presente estudio se limitará a el análisis sísmico estático y dinámico de una edificación de entramado de madera y de una edificación con sistema dual de concreto armado en la dirección X y de albañilería confinada en la dirección Y, utilizando los requerimientos y procedimientos establecidos en la norma peruana que emulan las condiciones de un sismo en el Perú para ese tipo de edificaciones, así como también el respectivo diseño de cada uno de sus elementos estructurales establecidos por los estándares del American Wood Council (AWC), para el caso de la madera, así como la norma Técnica peruana de edificaciones de concreto armado NTP E060 y la norma técnica de diseño en albañilería NTP E070. Este trabajo de investigación, no tiene por objetivo dar declaraciones concluyentes sobre el comportamiento de la madera de pino radiata en el Perú, para su uso en edificaciones, y está más enfocado a cambiar la perspectiva del material en la población del Perú para impulsar su investigación y utilización. 1.3.2. Limitaciones Entre las principales limitaciones del trabajo se encuentra su naturaleza puramente teórica que debe demostrarse con posteriores investigaciones, modelos a escala y comprobación de resistencia l fuego, así como también la suposición del material de madera pino 3.

(20) radiata, como de óptima calidad, y valores de resistencia, corte e inclinación de fibras iguales a los valores teóricos adoptados. Seguidamente el presente, tiene por principal objetivo dar una estimación del comportamiento de la madera ante las condiciones adoptadas y su comparación con los materiales de uso más comunes en la construcción en el Perú, y de ese modo impulsar su uso como material de construcción formal.. 4.

(21) 2. CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1. Especie pino radiata También conocido como pino de monterrey o pino insigne, es una especie Arborea originaria de los Estados Unidos que genera un gran interés debido a su rápido crecimiento que permite su utilización rápida en pocos años y sus buenas propiedades mecánicas y físicas. Se optó por el uso de esta especie de madera debido a que es la única de la que se encontraron registros de ensayos recientes realizados en el Perú. Se encuentra disponible en la ciudad de Arequipa y a nivel nacional, sin embargo, para su uso a niveles industriales necesitará ser importada o crear plantaciones específicas, pues la mayoría de esta está destinada a su uso como leña. Las propiedades mecánicas de esta especie de manera se consideran excelentes y superan a las contempladas en la norma peruana, a pesar de que su densidad sea muy baja y no sea considerada como estructural por esta, sin embargo, se han realizado estudios (Ordoñez García (2016)) donde se ha demostrado que esta madera puede usarse con fines estructurales si bien no considerada como de los tipos estructurales normales, es posible utilizarla como una especie de tipo especial del mismo modo en que se considera en la norma chilena nch1198 por ejemplo. Bajo esta premisa se considerarán las siguientes propiedades obtenidas para la madera de pino radiata de la tabla 2.1 (Ordoñez García (2016)).. 5.

(22) Propiedad. Valor en unidades. Valor en unidades. internacionales. americanas. 0.35 gf/cm3. 0.013 lb/in3. 70728.54 kgf/cm2. 1005.998 klb/in2. 280.60 kgf/cm2. 3.991 klb/in2. 83.50 kgf/cm 2. 1.188 klb/in2. Resistencia al corte paralelo. 70.90 kgf/cm 2. 1.008 klb/in2. Resistencia a la flexión. 589.00 kgf/cm2. 8.378 klb/in2. Resistencia a la tracción. 561.20 kgf/cm2. 7.982 klb/in2. 28868.17 kgf/cm2. 40.268 klb/in2. Densidad Módulo de elasticidad Resistencia a la compresión paralela a la fibra Resistencia a la compresión perpendicular a la fibra. Módulo de corte. Tabla 2.1: Propiedades de la madera de pino radiata conversión de unidades Fuente: Ordoñez García, Estructuras de madera aplicadas al sector construcción en Perú, Capítulo 5 Elaboración: Propia con datos de referencia. 2.2. propiedades físicas de la madera 2.2.1. Densidad La densidad de la madera es la relación que existe entre la masa de la misma por unidad de volumen, la cual no es constante y depende del contenido de humedad de la misma. 2.2.2. Contenido de humedad El contenido de humedad es una de las condiciones más importantes de la madera ya que define gran parte de sus propiedades físicas y mecánicas. El punto de saturación es el contenido de humedad mínimo para el cual la madera no modifica sus propiedades físicas y mecánicas. Que se encuentra por lo general entre 20% a 30%. Es recomendable que el contenido de humedad de la madera a utilizarse sea el mismo que la humedad de equilibro del lugar donde se realizar el proyecto. 2.3. Propiedades mecánicas de la madera Las propiedades mecánicas de la madera dependen en gran medida del sentido de la fuerza actuante respecto de la dirección de las fibras, por lo. 6.

(23) que los elementos de madera estructural por lo general se orientan con las fibras en la dirección de la fuerza actuante. 2.3.1. Resistencia a la compresión Resistencia a la compresión paralela: Aquella en que las fibras se orientan en la misma dirección que la fuerza actuante, esta dependerá a su vez de la esbeltez del elemento, si esta es menor a 10 predomina la resistencia a la compresión de las fibras mientras que en elementos más esbeltos predomina la capacidad del elemento a resistir el pandeo lateral. Resistencia a la compresión perpendicular: Aquella en que la fuerza aplicada es perpendicular a las fibras de madera por lo que mientras esta aumenta se van comprimiendo las cavidades entre sus fibras aumentando su densidad y su capacidad portante. 2.3.2. Resistencia al corte La resistencia al corte perpendicular al grano dependerá de la resistencia de las fibras y su incremento debido al cizalle, mientras que la resistencia a la corte paralela dependerá de la sustancia cementante entre las fibras, por lo que dependerá mucho del tipo de madera que se trate. 2.3.3. Resistencia a la flexión Es la resistencia que se generará ante la acción de una fuerza perpendicular a la madera, combinando el comportamiento a tracción y compresión de esta. Al ser a resistencia a la tracción mayor que la resistencia a la compresión la falla primero comienza en la zona a compresión haciendo que el eje neutro se desplace a la zona de tracción aumentando rápidamente las deformaciones hasta que el elemento falla por tracción.. 7.

(24) 2.3.4. Resistencia a la tracción La resistencia a la tracción de la madera es aproximadamente el doble de su resistencia a la compresión (JUNAC PADT REFORT 1984), como se puede observar en la ilustración 2.3.4.1, en la cual se aprecia la curva de esfuerzo deformación para especímenes de madera ensayados.. Ilustración 2.3.4.1: Curvas esfuerzo deformación para elementos de madera Fuente: JUNAC PADT REFORT, Manual de diseño en madera, Capítulo 1, figura 1.9. 2.4. Propiedades elásticas de la madera La madera es un material ortotrópico por lo que presenta tres módulos de corte y de elasticidad y a su vez un material elástico por lo que se deforma en una relación lineal hasta incursionar en el rango plástico y fallar por rotura, sin embargo, los más representativos son los que se obtienen en la dirección del grano. 2.4.1. Módulo de elasticidad de la madera Indica la rigidez y es la relación entre el esfuerzo de flexión experimentado y la deformación ocasionada por el mismo. 8.

(25) 2.4.2. Módulo de corte o rigidez Relaciona las distorsiones con los esfuerzos de corte aplicados al espécimen, para la madera se tienen tres módulos de corte. A su vez la relación de Poisson es muy pequeña y difícil de determinar. 2.5. Sistemas estructurales de madera 2.5.1. Sistema de entramado de madera Es un sistema estructural constituido por varios elementos de madera de sección pequeña pero espaciados a corta distancia conformando un volumen de madera. Los pisos se constituyen por tableros de madera o paneles de otro material como el OSB, estos descansan sobre viguetas las cuales transmiten su carga a vigas principales y estas los muros estructurales. Los muros estructurales están constituidos por puntales (pies derechos), los cuales pueden variar entre uno o dos pisos de altura, estos son confinados por un bastidor de madera conformado por soleras tanto de piso como de techo y por cuerdas de borde.. 9.

(26) Ilustración 2.5.1.1: Sistema entramado plataforma y entramado global Fuente: JUNAC PADT REFORT Manual de diseño en madera, Capítulo 4, figura 4.20. En la ilustración 2.5.1.1, se puede apreciar el sistema entramado, y se hace una diferencia entre entramado plataforma y entramado global, el primero consta de separar los pies derechos de los muros estructurales por plataformas de piso donde estos son separados por soleras, mientras que un entramado global consta del mismo sistema con la diferencia que los elementos tales como los pies derechos de los muros tienen una longitud de 2 o 3 pisos. 2.5.2. Sistema de poste y viga Es un sistema similar al de pórticos de concreto armado, está constituido por vigas y columnas de dimensiones considerables, los cuales soportan gran parte de la carga y en ellos se apoyan las viguetas y techos ya sean inclinados o planos, tiende a ser un sistema. 10.

(27) muy flexible, sin embargo, se podría llegar a economizar en la mano de obra dado que posee pocos elementos lo que reduce el tiempo de ensamblado.. Ilustración 2.5.2.1: Sistema de poste y viga con viguetas (superior) y entablados (inferior) Fuente: JUNAC PADT REFORT, Manual de diseño en madera, Capítulo 4 figura 4.21. En la ilustración 2.5.2.1, se puede observar el sistema de poste y viga tanto en su montaje utilizando soleras o simplemente con la utilización de entablados para los techos y azoteas. 2.5.3. Sistemas con armaduras Sistema conformado por cerchas y armaduras formadas por piezas esbeltas y cortas, además de ser ligeras y fáciles tanto de transportar como de ensamblar, dependiendo de las necesidades, son el sistema estructural que puede llegar a cubrir las mayores luces sin problemas, su composición es como la mostrada en la ilustración 2.5.3.1, donde cómo se puede observar su principal aplicación es en la fabricación de techos y azoteas.. 11.

(28) Ilustración 2.5.3.1: Ilustración de una cercha tanto en vista frontal (superior) como perspectiva isométrica (inferior) Fuente: JUNAC PADT REFORT, Manual de diseño en madera, Capítulo 4, figura 4.22. 2.6. Tipos de madera usada en la construcción Los tipos de madera utilizadas en la construcción varían dependiendo de su obtención y el procesamiento al que son sometidos, en el presente estudio se utilizará madera aserrada debido al bajo tratamiento industrial que presenta, sin embargo, se presenta los diferentes tipos de maderas considerados por el American Wood Council. 2.6.1. Madera aserrada La madera aserrada es aquella que es obtenida directamente del árbol y cuyo único tratamiento es de secado ya sea al aire libre o industrializado. Por lo general, las secciones obtenidas por aserrado son escuadradas, de forma prismática en que las fibras de la madera se disponen de forma paralela al lado largo de la pieza, lo que se denomina como paralelo al grano.. 12.

(29) 2.6.2. Madera estructural compuesta Es un tipo de madera compuesto por una mezcla de fibras de madera, plástico y un material que sirve de unión formando un material que es más denso y resistente que la madera formando lo que se conoce como un compuesto de madera y plástico. 2.6.3. Madera estructural laminada Es un tipo de madera estructural prefabricada ligera, pero con buena capacidad portante, se compone principalmente de varias capas de madera apiladas y unidas con un adhesivo estructural, usualmente se compone de tres a siete capas de madera adheridas.. 13.

(30) 3. CAPITULO 3: CONCEPCION ESTRUCTURAL 3.1. Datos generales del proyecto El edificio es una vivienda multifamiliar de tres pisos ubicada en la Urb. Residencial Campo Verde Mz J Lote 9, en el distrito de Sachaca, Ciudad de Arequipa, en la tabla 3.1.1 se muestran las áreas por piso y en la ilustración 3.1.1 se observan las plantas de arquitectura, así como en la ilustración 3.1.2 se muestra la fachada de la edificación, sin embargo para mayor detalle se recomienda ver el ANEXO planos de arquitectura, pues las imágenes mostradas solo son para ilustrar la distribución de la arquitectura, las alturas de entrepiso son típicas e iguales a 2.6m. Área techada (m^2) Piso 1 80.83 Piso 2 80.42 Piso 3 57.62 Tabla 3.1.1: áreas principales de la edificación por piso Fuente: Software Microsoft EXCEL Elaboración: Propia. 14.

(31) Ilustración 3.1.1: Plantas de arquitectura del primer piso (arriba izquierda), segundo piso (arriba a la derecha), tercer piso (abajo a la izquierda) y azotea (abajo a la derecha) Fuente: Software AUTOCAD. Ilustración 3.1.2: Fachada de la edificación (izquierda) y corte de elevación (derecha) Fuente: Software AUTOCAD. 15.

(32) 3.2. Planteamiento estructural del edificio en madera 3.2.1. Disposición de los elementos y elección del sistema estructural El sistema estructural escogido será el de entramados de madera por plataformas, dada su simplicidad y fácil ejecución, para lo que se propondrá la disposición tanto de muros como sentido de las losas y elementos estructurales. La madera a ser considerada será la madera de pino radiata aserrada, es decir aquella que se extrae directamente del árbol y aún no ha sufrido ningún tratamiento o procesamiento industrial. Como se observa la edificación solo posee muros continuos en la dirección Y por lo que en este sentido se propondrá la disposición de los paneles laterales como muros de corte, tal y como se muestra en la ilustración 3.2.1.1, además de en la dirección X considerar el muro de borde como muro de corte.. Ilustración 3.2.1.1: Disposición en planta de los muros de corte propuestos Fuente: Software AUTOCAD Elaboración: Propia. 16.

(33) En la dirección X dado que no se cuentan con muchos muros continuos se propondrá más que nada un sistema similar al de viga poste. La losa se compondrá de tablones de madera de pino radiata apoyados sobre viguetas y estas sobre vigas o vigas soleras que transmitirán la carga a las columnas y muros de madera. La dirección de la losa como se aprecia en la ilustración 3.2.1.1, es horizontal buscando transferir las cargas hacia los muros respectivos. 3.2.2. Pre dimensionamiento de los elementos. La losa se compondrá principalmente de tablones de pino radiata de 1”X8” de sección apoyados sobre viguetas de 2”X4” lo que en conjunto con los espesores del piso y falso techo se estima un espesor de losa de 6” (15.24cm) la cual es muy similar a la propuesta arquitectónica de 20 cm. El espaciamiento entre soleras será de 2 pies y los pernos utilizados para unir los elementos serán de 5/8” de diámetro, espaciados a 6 pulg y con una penetración mínima de 3/8” en los elementos de la losa (ilustración 3.2.2.1) lo que constituye las condiciones mínimas estipuladas para el diseño en madera (AWC-NDS 2012).. 17.

(34) Ilustración 3.2.2.1: Sección de losa de madera (superior) y detalle de armado con tablones (inferior) Fuente: Software AUTOCAD Elaboración: Propia. Las vigas se dispondrán todas con una sección similar de 4” X 8” (10.16X20.32 cm), a pesar de que no existe un criterio practico para pre dimensionar las vigas y elementos de madera, se ha tomado una relación aproximada de h/b de 2 considerando un peralte de 20.32cm que encaje en la losa planteada por los límites arquitectónicos. Del mismo modo al no haber un criterio que nos permita pre dimensionar las columnas estas se considerarán de dimensiones similares a las planteadas en el plano arquitectónico siendo estas de 6”X16” y 6”x12” como se indica en la ilustración 3.2.2.2 donde además se puede observar el dimensionamiento después de haber realizado el análisis y diseño.. 18.

(35) Ilustración 3.2.2.2: Disposición en planta de las columnas mencionadas Fuente: Software AUTOCAD Elaboración: Propia}. Los muros de corte se considerarán conformados por puntales de 2”X6” espaciados cada 2 pies con puntales de borde dobles de 2”X6” (Dos tablones en cada borde), las soleras superiores se considerarán como dos tablones unidos de 2”X6” y la solera inferior como una única sección de 2”X6”, el muro se encontrará revestido por ambos lados con paneles de OSB de 0.325 pulg de espesor, conformando en total de 6.65 pulg (16.89 cm) acorde a los requerimientos de arquitectura como se observa en la ilustración 3.2.2.3.. 19.

(36) Ilustración 3.2.2.3: Muro de corte de madera típico Fuente: Software AUTOCAD Elaboración: Propia. Las conexiones planteadas serán principalmente metálicas del tipo SIMPSON. (Simpson. strong. tie). con. dimensiones. estándar. dependiendo de la sección que se trate de conectar, en total se contemplaron un total de 9 tipos de conexiones típicas las cuales se muestran en la ilustración 3.2.2.4, sin embargo, para mayor detalle ver ANEXO planos de estructuras madera.. 20.

(37) Ilustración 3.2.2.4: Conexiones planteadas a ser utilizadas para cada miembro de madera Fuente: Software AUTOCAD Elaboración: Propia. 21.