| Carcarañá, Santa Fe, Argentina.

Reglamento argentino de estructuras de madera – cirsoc 601

Tal vez una demostración fehaciente de la discriminación del uso de la madera en la construcción,  se refleja en el hecho que recién en el año 2011 se completó la norma CIRSOC 601 que establece las condiciones de uso estructural de la madera.

Aún faltan los pasos establecidos de consulta para su sanción efectiva. Y claro está el recorrido entre técnico (poco) y burocrático (mucho) que se incorporé a las instituciones que tienen jurisdicción sobre su aplicación, como son los municipios y los organismos provinciales de vivienda.

La presencia de las estructuras de madera ha sido constante en la construcción hasta finales del XIX. Desde el fondo de la historia

Se recurrió a ellas desde las construcciones primigenias, cuando los medios disponibles eran escasos y, posteriormente, cuando la madera pasó a ser sustituida por otros materiales, conservaron en muchas ocasiones la lógica del primer planteamiento en madera; los órdenes clásicos y mucha arquitectura popular son buenos ejemplos de ello.
En los países fríos y de abundantes bosques, la madera constituía la totalidad de la estructura y, en los países con menor cantidad de madera, la horizontal y de cubierta. Hasta la aparición del acero en la segunda mitad del siglo XVIII (la revolución industrial tuvo como uno de sus estandartes), toda superficie plana, horizontal o inclinada era de madera… o de madera.

No quedó relegada únicamente a estructuras de pequeña entidad sino que desde muy antiguo también se usó en grandes edificios.

Cuenta la tradición que Saná, la capital del actual Yemen, tuvo una catedral nestoriana realizada en madera de teca con clavos de plata y oro.  Saná es una de las antiguas ciudades yemeníes del reino de Saba, remontándose hasta el siglo VI Las referencias escritas más antiguas que se refieren a la ciudad se remontan al siglo I a.c.

Repasando la historia, se descubre un amplio abanico de otros magníficos ejemplos.

Las ventajas que presentaba, y presenta, el uso de la madera son numerosas:

  • Su inmediata puesta en carga.
  • Su buen comportamiento a flexión.
  • La facilidad que ofrece para corregir los defectos que puedan aparecer durante la ejecución.
  • Su superior comportamiento frente al incendio respecto de los metales, el acero por caso.
  • Su contribución al mejoramiento ambiente a través de la acumulación de CO”, de la materia prima que la constituye.

También cuenta con puntos débiles, que la tecnología va superando, por caso, su  durabilidad y su mantenimiento han sido tradicionalmente sus principales enemigos, contra los que se ha luchado utilizando diversas tácticas, desde la práctica japonesa de reponer piezas y fragmentos de los templos durante siglos sin alterar en absoluto el diseño.

Hoy en día superado por las nuevas tecnologías como la impregnación con CCA, la madera “accoya”, o los sistemas térmicos.

Los materiales que trajo la revolución industrial, el cero hace poco m{as de 250 años y el hormigón armado recién superando el siglo, han hecho alarde de duración, casi imperecederos. La oxidación y la juventud, no permiten hacer esta afirmación.

Políticas cuidadosas de cultivo de esos bosques han dado como resultado una materia prima inagotable; el perfeccionamiento del sistema de corte ofrece productos más exactos y variados; el aprovechamiento hasta de las virutas de los aserraderos para la elaboración de elementos derivados de la madera hace que sea una industria muy rentable.

Una buena inversión en investigación ofrece constantes novedades y mejoras: nuevos sistemas de unión y fijación, elementos para la construcción panelizada, perfiles de madera reconstituida, forjados mixtos… seguidas de cerca por la investigación en la industria química de tratamientos biocidas que hacen que la durabilidad sea un problema menor.

Muchas de estas nuevas soluciones apuntan hacia una construcción prefabricada, muy adecuada a un producto ligero, de fácil transporte y manipulación y muy aconsejable en un mercado en el que cada vez escasea más la mano de obra cualificada.

Conviene hablar también del ahorro del consumo energético que se produce al construir con madera -este consumo es infinitamente superior en cualquier otro sistema de construcción habitual.

La construcción con madera actual nos permite por fin pensar en sistemas industrializados tan ambiciosos como los que planteaba Konrad Wachsmann, o singularidades de Frei Otto, casos estos y tantos otros que no han tenido la continuidad deseada pero que han abierto caminos por los que avanzar en la actualidad.

Pabellón de Japón, expo de Hannover 2000. De Frei Otto.

Konrad Wachsmann

Desarrolló un sistema de construcción industrial prefabricado en Madera, para viviendas familiares, en el año 1925.

Su más famoso producto fue la vivienda de verano de  Albert Einstein en Caputh cerca de  Potsdam.

“En la primavera de  1929 Konrad Wachsman el presente de cumpleaños de las ciudad de Berlín a Albert Einstein (50años) y que Einstein en este contacto mostraba su interés en la vivienda de madera

Konrad fue en Berlín al Haberlandstrasse 5 y le ofreció a  Einstein construir su casa de madera.

Después de algunas conversaciones con Einstein y numerosas propuestas de construcción, recibió la orden de construirla.

Einstein y Wachsmann se llevaba bien muy bien desde el principio y Wachsmann más tarde se convirtió en un invitado muy bienvenida con la de Einstein en Caputh

Siempre Albert Einstein, cae bien para valorar algo. Recuerden la vivienda de madera de Albert Einstein.

Es cierto que más allá de la falta de un reglamento formalizado, los profesionales argentinos han construido en madera estructuras significativas.

Los programas de cálculo a través de la computadora, incluyen las exigencias de las normas, que ahora se han traducido y ajustado a condiciones particulares del país.

Tal  vez lo que asombra es que descubramos, en nuestro país,  en el siglo XXI que la madera es un material estructural, cuando históricamente durante más que siglos, milenios, fue el único material de construcción de que disponía el hombre para ejecutar una superficie plana, horizontal (entrepiso) o inclinada (cubierta)

Los chinos han sido siempre un pueblo con suerte, con decisión. Mientras en el  país, Argentina, todavía estamos discutiendo sobre el posible uso de la madera para la construcción de pequeñas viviendas de madera de planta baja, en la dinastía Liao (alrededor de 1056) hace más de 950 años construían esta pagoda en madera, conocida por la WOODEN PAGODA.

WOODEN PAGODA

 

Tiene una altura de unos 67 metros, y un diámetro de30 metros de largo en su parte inferior.

Por esos azares del destino nuestro obelisco construido 880 años más tarde (1936) tiene una altura de 67.50 mts.

Con toda la tecnología del siglo XX, con los jóvenes materiales acero y hormigón armado.

La pagoda se presenta como una estructura de cinco pisos, pero en realidad tiene un total de nueve pisos con cuatro en el interior oculto.

La pagoda de madera fue construido con cerca de 54 diferentes tipos de soportes y articulados sólo por uniones de caja y espiga (tenon and mortise) sin ningún tipo de clavos o remaches en absoluto!

 

Con una estructura octagonal única en cada nivel, y un complemento especial diseñado un rayo, la pagoda todavía puede pararse con firmeza y se mantiene intacta.

Se sigue poniendo de manifiesto su exquisita calidad de una manera rústica, sencilla, a pesar de la larga exposición a los elementos, los terremotos violentos.

Horror INPRES!!, una torre en madera de una altura de un edificio de 20 pisos en zona sísmica (fuerte), en pie después de casi 10 siglos!!

Los sistemas normativos

Los sistemas normativos de construcción se originan en las primeras décadas del siglo XX.

En nuestro país fueron empresas de origen alemán, las que introdujeron las normas vigentes en su país de origen.

Dado la incidencia de otras normas, entre otras las de origen norteamericano, llevaron al  Proyecto de Reglamento Argentino para Estructuras de Hormigón (PRAEH) que, por su aceptación en la práctica, fue más que un Proyecto, aunque nunca fue aprobado como Reglamento.

En estructuras metálicas seguía predominando la línea alemana DIN. Las sobrecargas y las acciones debidas al viento eran evaluadas usualmente con la norma DIN 1055.

Así en 1978, hace 34 años, el INTI y la Secretaría de Obras Públicas de la Nación, quien tiene entre sus misiones y funciones la de “entender en la elaboración, programación, ejecución, y control de la política nacional en materia de obras civiles, en la fijación de sus normas y reglamentos y en la coordinación de los planes y programas del sector”, deciden crear al CIRSOC (Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles).

Su misión : Su misión es la investigación, desarrollo, actualización y difusión de los Reglamentos y Códigos relativos a la seguridad, durabilidad y calidad de las estructuras y construcciones que se realicen en el territorio de la República Argentina, respetando las características geopolíticas, técnicas y económicas de nuestro país y sus diferentes regiones.

Por el carácter federal de nuestro país no existe la posibilidad de generar una ley que obligue a todas las provincias a adoptar los reglamentos redactados por el CIRSOC y por el INPRES, razón por la cual tanto la difusión como la calidad de los mencionados documentos debe ser tal que permita su aceptación masiva y como consecuencia la unificación a nivel país de las exigencias de seguridad estructural.

Esta unificación es fundamental a nivel municipios, dado que actualmente la construcción privada ha pasado a ser protagonista.

 Y LA MADERA??

La madera ahora nos espera, para enfrentar todos los desafíos de su uso estructural!

En toda esta historia la madera no existía  al menos en la construcción en áreas sísmicas, donde el organismo especifico el INPRES, no lo consideraba.

Ni la historia concreta de sismos + sismos y su resultado sobre construcciones de madera parecía dar prueba fehaciente de su buena performance.

Tampoco las actuales investigaciones sobre edificios a tamaño natural realizadas en Japón con participación de universidades americanas, parece existir.

Edificios totalmente de madera, de seis niveles, indemnes ante simulaciones de un sismo en un grado 7.5 Richter.

  1. Le llegó el turno a la madera, material paciente.

Se creó una comisión a cargo del ingeniero Juan Carlos Piter,  GEMA -GRUPO DE ESTUDIO DE MADERAS Facultad Regional Concepción del Uruguay – UTN. Una colaboración importante como asesor del arquitecto Miguel Demkoff.

El INTI-CIRSOC agradece muy especialmente a las Autoridades del American Wood Council y de la American Forest and Paper Association por habernos permitido adoptar como base para el desarrollo de este Reglamento, la especificación National Design Specification (NDS) for Wood Construction, edición 2005.

Este Reglamento define los métodos y disposiciones generales a emplear en el diseño y construcción de estructuras para edificaciones y obras civiles con madera aserrada, madera laminada encolada y productos derivados de la madera, los cuales se incluyen en el presente cuerpo y sus suplementos.

También define los métodos a emplear en el diseño y fabricación de uniones simples y múltiples utilizando los elementos que en cada caso se describen.

Este Reglamento considera únicamente los requisitos relativos al comportamiento mecánico y a la durabilidad de las estructuras. No tiene en cuenta aspectos tales como el aislamiento térmico y el acústico, entre otros.

Depósito de 13 pisos para depósito de sal Austria

 

No se excluye la utilización de materiales, métodos de diseño y sistemas estructurales alternativos a los descriptos en el presente, siempre que se demuestre a través de análisis teóricos, ensayos de carga, estudio de modelos o acreditada experiencia, que los mismos tendrán un desempeño satisfactorio para el uso al cual serán destinados.

Este Reglamento no es de aplicación para el diseño y construcción de puentes, estructuras sometidas a la acción del fuego, elementos expuestos a prolongadas temperaturas superiores a 65 ºC, así como detalles inherentes a estructuras especiales.

Para las estructuras de madera en zonas sísmicas se deberá utilizar el Reglamento

INPRES-CIRSOC 103 correspondiente.

La norma no considera la madera como alternativa constructiva. Esa es la realidad. La normativa también se contamina de la cultura dominante.

Las tensiones de diseño ajustadas se deben obtener multiplicando las tensiones de diseño de referencia por los factores de ajuste especificados.

El módulo de elasticidad de diseño ajustado se debe obtener multiplicando el módulo de elasticidad de diseño de referencia por los factores de ajuste especificados.

Para determinados miembros estructurales, tales como las vigas prefabricadas, los valores de diseño de referencia usualmente no se expresan a través de las tensiones y del módulo de elasticidad sino a través de otras magnitudes relacionadas, como el momento flector, el esfuerzo de corte o la rigidez de referencia.

En estos casos el valor de diseño ajustado para una determinada magnitud se debe obtener multiplicando el correspondiente valor de diseño de referencia por los factores de ajuste especificados.

Los valores de diseño de referencia, así como los factores de ajuste estipulados para madera aserrada, madera laminada encolada y productos derivados de la madera que se incluyen en el presente cuerpo y sus suplementos, están especificados para ser utilizados con métodos que se indican en los capítulos correspondientes.

Los capítulos 4 al 7 contienen disposiciones de diseño para madera aserrada, madera laminada encolada estructural, miembros estructurales de sección circular, y vigas prefabricadas, madera compuesta estructural y paneles estructurales, respectivamente.

El capítulo 8 y el 9 contienen disposiciones de diseño para uniones mecánicas y para sistemas estructurales, respectivamente.

Expresiones de diseño para la flexión

A título de ejemplo tome una expresión simple y cotidiana, mucho más para el caso de la madera. Una viga de sección llena

Resistencia a la flexión

“La tensión originada por el momento flector, fb , no debe exceder en ningún caso la tensión de diseño en flexión ajustada, F’b.”

Como decir que la tensión admisible, debe ser menor que la admisible. Como surge del propio cuerpo de la norma, y de algún comentario del director de la comisión redactora, la cuestión de aplicación es la información fehaciente sobre el comportamiento de las maderas de un mercado sin categorizaciones obligatorias.

Con una u otra simbolización  de funciones, la norma indica

Expresiones de diseño para la flexión

La tensión producida por el momento flector actuante, M, en una viga recta de sección transversal constante se calcula según la siguiente expresión:

fb: tensión originada por el momento flector

Fb y F’b: tensión de diseño en flexión, de referencia y ajustada, respectivamente

I: momento de inercia

M: momento flector actuante

S: módulo resistente de la sección

b: ancho de la sección transversal en un miembro estructural flexionado

d: altura de la sección transversal en un miembro estructural flexionado

c: distancia desde el eje neutro hasta la fibra más alejada

Con esta simbolización la formula aparece como

fb = M: c / I

Esto es: que la tensión de diseño en flexión, resuelta del cociente entre el momento flector actuante por la distancia al eje neutro hasta la fibra más alejada dividió por el momento de inercia de la sección.

Es nuestra clásica ecuación

s = M / W

Donde   el momento resistente, en una sección rectangular es = I/6

En el caso particular de vigas con sección transversal maciza rectangular, de ancho b y altura d, cuando las cargas actúan normalmente al eje de mayor momento de inercia, la, expresión anterior se transforma en:

En la ecuación que reemplaza Inercia por b. h/12

Y el momento resistente en b. h/6

Le he otorgado un espacio importante a este punto, en tanto es casi una formula base de la teoría de cálculo en situaciones de suma simplicidad

Extrañamente la norma le dedica un desarrollo también importante, en tanto no solo incorpora la fórmula de cálculo de la inercia y el Momento Resistente, de una sección rectangular, sino que también hace el cálculo desarrollado de la ecuación en una sección circular.

El diseñador se encontrara dominantemente con forma rectangulares, menos habituales circulares, pero un número indefinido de formas a crear en el diseño de su estructura en particular.

Factor de estabilidad lateral de la viga (CL)

El control de la estabilidad de una viga, con el fin de evitar su pandeo lateral, se debe efectuar multiplicando la tensión de diseño de referencia, Fb, por el factor de estabilidad lateral de la viga, CL, cuyo valor es igual o menor que 1,0.

CL: factor de estabilidad lateral de la viga

Los procedimientos indicados en el presente apartado correspondiente para calcular CL están basados en análisis teóricos y en ensayos de verificación.

Señalo en particular este tema en tanto la madera presenta una característica que no es tan significativa en otros materiales estructurales:

El módulo de Elasticidad

En la madera de magnitud no solo reducida, sino con variaciones importantes entre distintas especies, con el grado de humedad y densidad de las mismas.

Con esta simbología la identifica la Norma

E y E’: módulo de elasticidad de referencia y ajustado, respectivamente E0,05 y E’ 0,05: módulo de elasticidad para el cálculo de deformaciones en situaciones de diseño críticas, de referencia y ajustado, respectivamente.

Emin y E’ min: módulo de elasticidad para el cálculo de la estabilidad de vigas y columnas, de referencia y ajustado, respectivamente.

Fb y F’b: tensión de diseño en flexión, de referencia y ajustada, respectivamente

Ya tenemos la norma, somos “legales”.

Cierto grado de complejidad de las 129 páginas de la misma, surge de la cantidad de variables a considerar. Los sistemas informáticos de cálculo incluyen esta magnitud de operaciones, que en muchas ocasiones obligan a considerar varias situaciones de carga.

Pongamos en camino para que en el país veamos un incremento de las ventajas que ofrece la madera en su función estructural.


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