VAMOS A DESARROLLAR CONOCIMENTOS ACERCA DE COMO CONCEPTUALIZAR LOS TIPOS DE CARGAS QUE ACTÚAN SOBRE LAS ESTRUCTURAS EN MADERA

1. Cargas de Diseño en madera.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
Superior
I.U.P. “Santiago Mariño”
Cabimas Edo-Zulia
Elaborado por:
Marin anyelo.
C.I:
26.716.584.

2. Se distinguen dos tipos de fuerzas actuando en un cuerpo: las
externas y las internas.
 Las externas: Son las actuantes o aplicadas exteriormente y las
reacciones o resistentes que impiden el movimiento.
 Las internas: Son aquellas que mantienen el cuerpo o estructura
como un ensamblaje único y corresponden a las fuerzas de unión
entre sus partes.
 Las actuantes: Son aquellas cargas a las que se ve sometida la
estructura por su propio peso, por la función que cumple y por
efectos ambientales. En primera instancia se pueden subdividir en
cargas gravitacionales, cargas hidrostáticas y fuerzas ambientales
(sismo, viento y temperatura).
 Formas del Material :
 Madera Maciza o Aserrada .
 Madera Laminada Encolada .
 Productos Derivados Madera.
DETERMINACIÓN DE CARGAS PARA
DISEÑO

3.  Las gravitacionales: Son aquellas generadas por el peso propio y al uso de
la estructura y se denominan gravitacionales porque corresponden a pesos.
Entre ellas tenemos las cargas muertas y las cargas vivas.
 Las cargas dinámicas: Son aquellas aplicadas súbitamente y causan
impacto sobre la estructura. Las cargas estáticas corresponden a una
aplicación gradual de la carga.
 En cambio, una viga de madera: que debe soportar una carga elevada
sostenida en el tiempo se va fatigando y va reduciendo poco a poco su
resistencia conforme van pasando los años. Necesitaremos una sección
mayor para poder resistir esos esfuerzos. Por lo tanto, una estructura de
madera será más barata cuanto menor sea la carga permanente que debe
resistir.
 En la norma UNE 56.544: “Clasificación visual de la madera aserrada para
uso estructural: Madera de Coníferas”, aplicable para escuadrías
rectangulares, sin uniones dentadas, se evalúan las: “Características”, como
humedad, densidad y medidas. “Singularidades de la propia estructura del
material”, como anillos, nudos, fendas, acebolladuras, desvíos de fibras y
bolsas de resina. “Singularidades de aserrado”, como gemas, médula.
“Alteraciones”, como hongos, insectos xilófagos, plantas parásitas.
“Deformaciones”, como curvaturas, alabeo, abarquillado o atajamiento. Las
alteraciones biológicas son novedad en la últimas normativas y las
deformaciones suelen tener poca consideración desde el punto de vista
estructural.

4.  CARGA DE LLUVIA (RAIN): El material de la cubierta va
absorber humedad, si consideramos un 28 % de absorción
de humedad la carga de lluvia será igual a:
R = %de absorción * peso de la cubierta = 0.28*9 = 2.52 Kg/m2.
Considerando la acumulación de agua en los canalones.
RAIN = 3 Kg/m2
 La peor situación para la madera: cargas permanentes
elevadas en un ambiente húmedo.
Estos dos conceptos sobre los que hemos hablado, duración
de la carga y contenido de humedad ambiental, se unen en
un factor de modificación de la resistencia característica del
material llamado kmod.
DETERMINACIÓN DE CARGAS PARA
DISEÑO

5.  CARGA DE VIENTO (WIND): Para determinar la carga de viento hemos
utilizado el código AISC.
Datos:
Velocidad del viento en Riobamba = 100 Km/h = 62.15 millas/hora.
Tipo de exposición = B.
Categoría de la construcción = III.
La presión que ejerce el viento es igual a: P = qGCp – qh(GCpi)
 La mejor situación para la madera: Cuando estudiamos esta
particularidad del comportamiento estructural de la madera nos damos
cuenta de que resulta ser un material muy eficaz ante cargas dinámicas e
instantáneas como el viento o el sismo, tal como hablábamos hace unos
meses en este post. Al fin y al cabo, es un material natural que viene de
un árbol. El árbol resiste espléndidamente a cargas de corta duración: está
diseñado para resistir un vendaval y quedar tan tieso como al comienzo.
DETERMINACIÓN DE CARGAS PARA
DISEÑO

6.  Cargas Vivas: Las cargas vivas son aquellas producidas por el tipo
de uso u ocupación de la edificación o estructura y no incluyen las
cargas muertas ni las cargas ambientales tales como las cargas
debidas a viento, lluvia, o sismo. Las cargas vivas en un techo
pueden ser producidas (1) por los trabajadores, equipo y materiales
durante operaciones de mantenimiento del techo y (2) durante la
vida de la estructura por objetos móviles tales como maceteros y
personas.
 Provisiones generales: Esta sección proporciona los
requerimientos mínimos de cargas muertas y vivas para el diseño
de edificios y otros tipos de estructuras. Las cargas aquí
especificadas son apropiadas para ser usadas con los esfuerzos y
factores de carga recomendados en las especificaciones de uso
internacional para el diseño de concreto reforzado y pre-esforzado,
acero, madera y mampostería.

7.  La estructura de madera de una cubierta cuando es
sometida a cargas permanentes (tablero, aislamiento,
láminas, enrastrelado, tejas…) resiste alrededor de
un 60% menos que si ésta debe resistir cargas de corta
duración. Pero, ¿cómo que la resistencia de un
material cambia con el tiempo? Si estás acostumbrado
a calcular estructuras de otros materiales te resultará
extraño porque este comportamiento es exclusivo y
característico de la madera.
 Duración de carga + humedad ambiental = kmod
 Pero no sólo la duración de la carga es el único
aspecto que influye en el cálculo de la resistencia
de la madera. El ambiente en el que está situada
la estructura también es decisivo para el cálculo
de la resistencia mecánica de las piezas. Ésta se
reduce conforme mayor es el contenido de
humedad ambiental.

8. Cargas Uniformemente Distribuidas:
 Cargas Vivas Requeridas: Las cargas vivas supuestas en
el diseño de edificaciones y otras estructuras serán las
cargas máximas susceptibles de ser producidas por el uso u
ocupación mismas pero en ningún caso serán menores que
las cargas unitarias distribuidas mínimas de la Tabla.
 Provisión para Divisiones Internas Móviles: En los
edificios de oficinas donde las divisiones están sujetas a ser
movidas, se aumentará la carga viva para tomar en cuenta la
carga de 2 particiones, independientemente de si los planos
muestran o no particiones. Esta provisión se obviará si la
carga viva especificada excede 4.0 KN/m2 .
 Cargas Parciales: Se considerará la posibilidad de que la
carga viva apropiadamente reducida aplicada sobre solo una
parte de la estructura o miembro produzca un efecto más
desfavorable que el que se produciría si la misma intensidad
se aplicara sobre la estructura o miembro completo.
Cargas que actúan sobre las estructuras

9.  Cargas Concentradas: Los pisos u otras superficies similares se
diseñarán para soportar de una manera segura las cargas vivas
uniformemente distribuidas o las cargas concentradas dadas en la
Tabla 2.5, cualesquiera produzca los mayores esfuerzos. A menos
que se indique en otra forma, las cargas concentradas se
supondrán distribuidas sobre un área de 750 mm por 750 mm y
colocadas donde produzcan los mayores esfuerzos.
 Miembros que soportan techos con acceso: Los nudos de las
cuerdas inferiores de cerchas de techo o cualquier punto de otros
miembros estructurales que soporten techos sobre pisos de
manufactura, almacenamiento comercial, o garajes comerciales
deberán soportar de manera segura una carga concentrada
suspendida de por los menos 9 KN, además de la carga muerta.
Para los demás tipos de ocupación, se utilizará una carga de 1 KN
en vez de 9 KN.
Cargas que actúan sobre las estructuras

10. Reducción de la Carga Viva.
 Área de Influencia y Reducción Permisible: Los miembros que
tengan un área de influencia de 40 m2 o más, podrán ser
diseñados para una carga viva reducida determinada por la
siguiente ecuación.
Donde L es la carga viva reducida soportada por el miembro en
kN/m2 , L0 es la carga viva sin reducir soportada por el miembros
en kN/m2 de la Tabla 2.12 y AI es el área de influencia en m2 .
El área de influencia se define como el área de piso sobre el cual la
superficie de influencia para efectos estructurales es
significativamente distinta a cero. El área de influencia para una
columna es cuatro veces el área tributaria; para una viga, es dos
veces su área tributaria, y para una losa en dos direcciones es
igual al área de una franja. Las áreas de influencia para miembros
que soportan más de un piso se suman.
Cargas que actúan sobre las estructuras

11.  Limitaciones: Para cargas vivas de 5.0 KN/m2 o menos, no
se permitirá reducción en áreas para reuniones, garajes,
losas en una dirección o techos Para cargas que excedan
5.0 KN/m2 y para garajes para vehículos de pasajeros
únicamente, se permitirá una reducción de 20% para los
miembros que soportan más de un piso.
 Cargas Vivas Mínimas para Techos
 Para techos planos, inclinados o curvos: en los que las
cuadrillas de mantenimiento se limiten a cuatro personas y
solamente se utilice equipo de mano liviano, la carga viva Lr
mínima en KN/m2 será de 0.25 m2 si el área tributaria no
excede 5 m2 . Para áreas tributarias At mayores de 5 m 2 , la
carga viva mínima será .
 techos especiales: Techos utilizados para paseo se
diseñarán para una carga viva mínima de 3.0 KN/m2 .
Techos utilizados para jardines de techo o para propósito de
reunión se diseñarán para una carga viva mínima de 5.0
KN/m2 . Techos utilizados para otros propósitos especiales
se diseñarán para las cargas apropiadas, según indique o
apruebe la Junta Técnica de Ingeniería y Arquitectura.
Cargas que actúan sobre las estructuras

12. Cargas Permanentes.
 Definición: Carga vertical aplicada sobre una estructura que
incluye el peso de la misma estructura más la de los elementos
permanentes. También llamada carga muerta, con carga.
Factor Duración de la Carga Es preciso saber que, ante cargas de
duración permanente, se obtienen resistencias del orden del 60%
de las deducidas de un ensayo de corta duración (5 ± 2 minutos).
Este comportamiento es característico de la madera, a diferencia
de otros materiales. Es tanto más acentuado cuanto mayor sea la
calidad de la madera. Para maderas de baja calidad, se produce
concentración de tensiones alrededor de los defectos, en
actuaciones rápidas de cargas de corta duración. Por contra en
cargas lentas y de larga duración, se moviliza un comportamiento
viscoso alrededor de los defectos, y las tensiones tienden a
redistribuirse y reducirse. Este recurso es más propio de las
maderas de baja calidad, y no lo tienen tan acentuado las maderas
de alta calidad.

13.  Determinación de las cargas permanentes Para la
determinación de las cargas permanentes se usarán los
pesos de los materiales y elementos constructivos a emplear
en la edificación. En ausencia de una información más
precisa se pueden adoptar los valores indicados en la tabla.
Estos son los valores más probables de los pesos de los
materiales de construcción, materiales almacenables y
elementos constructivos.
 Pesos de la tabiquería: Cuando el peso de los tabiques que
actúa sobre las losas o placas no excede 900 kgf/m, puede
estimarse su influencia como una carga equivalente,
uniformemente distribuida en el área de losa o placa sobre la
cual actúa. Si el peso de los tabiques es mayor de 900 kgf/m,
su efecto deberá determinarse de una manera más precisa.
La carga distribuida equivalente así estimada no ser menor
de 150 kgf/m² sobre la losa o placa. Cuando los tabiques a
usar son del tipo liviano, con un peso unitario menor de 150
kgf/m, la carga distribuida equivalente podrá reducirse a 100
kgf/m².
Cargas Permanentes.

14. Los elementos de techos livianos, como las correas, deben verificarse
para una carga concentrada de 80 kgf ubicada en la posición más
desfavorable. Esta carga no debe considerarse actuando
simultáneamente con la carga uniforme indicada.
 Acciones variables en estacionamientos: La resistencia de la
estructura se calcular con las cargas indicadas a continuación. La
carga concentrada que tiene por objeto verificar los efectos de punzo
nado se colocar en el punto que produzca los efectos más
desfavorables y sobre un cuadrado de 15 cm de lado.
 Cargas Muertas : Las cargas muertas comprenden el peso de todas
las construcciones permanentes, incluyendo techos, cielorrasos,
paredes, pisos, escaleras y equipos fijos.
 Peso de los Materiales y Tipos de Construcción: Para determinar
las cargas muertas, se deberán emplear los pesos reales de los
materiales o tipo de construcción. Los pesos no deberán ser menores
que los valores dados en las Tablas 2.1 a 2.4, salvo que se presente
evidencia debidamente documentada para sustentar valores menores.
De ser inferiores, los valores supuestos deberán estarán sujetos a la
aprobación de la Junta Técnica de Ingeniería y Arquitectura.
Cargas Permanentes.

15.  En las situaciones de cálculo donde la parte permanente de
las cargas es pequeña la madera funciona muy bien. En una
cubierta ligera, con un peso propio y cargas permanentes
reducidas, la madera es el material ideal porque queda libre
una gran capacidad resistente disponible para las cargas de
menor duración como son el viento y la nieve. También el
comportamiento de la madera es igual de bueno frente a
cargas alternas que se repiten cíclicamente.
 Peso de Equipo Fijo: AI proyectar las cargas muertas para
propósitos de diseño, se deberá incluir el peso de equipo de
servicio fijo, tal como bajantes de plomería, alimentación
eléctrica, y sistemas de calefacción, ventilación, y aire
acondicionado, siempre y cuando dicho equipo sea
soportado por miembros estructurales.
 Consideraciones especiales: Se le advierte a los
ingenieros, arquitectos, y dueños que deberán considerar
factores que puedan resultar en diferencias entre las cargas
actuales y las calculadas.
Cargas muertas distribuidas.

16. Cargas accidentales.
 Una carga accidental: Parte fundamental del diseño de
estructuras es el análisis de cargas accidentales, ya que este
tipo de acciones pueden afectar los elementos responsables
de la capacidades de carga de una edificación e incluso
llevarla a la falla.
Es aquella que sucede
eventualmente en la vida de
una estructura, no es
constante y puede alcanzar
grandes magnitudes. Ésta no
se debe al funcionamiento
normal del inmueble y se
presenta solo durante lapsos
breves. Una carga accidental
puede ser la ocasionada por
sismo, viento, explosiones,
incendios y otros fenómenos
extraordinarios que pueden
presentarse.

17.  Consideraciones hechas para el análisis.
Al analizar el comportamiento de la estructura antes cargas
accidentales, se tomaron como base las disposiciones del
reglamento de construcciones del Distrito Federal(RCDF) y
sus normas técnicas complementarias(NTC).
En este documento, solamente se tomo en cuenta la acción de
sismo como carga accidental en la estructura. Para realizar
este análisis, se consideran los siguientes aspectos de la
edificación y el sueño sobre el cual se desplanta.
 Análisis de carga por sismo: Se define como sismo al
movimiento de tierra ocasionado por la liberación de presión
en las capas tectónicas, ocasionada por el choque o roce de
las mismas así como actividad volcánica. Los sismos se
propagan a través de ondas de choque por los estratos de
material que conforman el suelo. Dependiendo de las
densidad de las capas en las que propague, la onda toma
ciertas características.
el impacto que tiene un sismo sobre una edificación depende
principalmente de las características del lugar, del sismo y de
la estructura.
Cargas accidentales.

18.  CARGAS TERMICAS: Todas la estructuras están expuestas a
cambios de temperatura y varían de forma y dimensiones durante
el ciclo de temperaturas diurnas y nocturnas, como en los ciclos de
invierno y verano.
Si no se permite que la estructura se dilate o contraiga sin problema
se introducirán esfuerzos adicionales que perjudican la estructura.
 CARGAS DE ASENTAMIENTO: Los asentamientos irregulares de
las fundaciones de un edificio puede ceder más de una parte
específica que en otras, reduciendo el apoyo de las fundaciones en
ciertas áreas, perjudicando fuertemente la estructura.
 Carga útil: En la aviación y exploración espacial, la carga
útil o carga de pago es la mercancía, útiles o incluso personas que
transporta la nave. Por ejemplo, puede ser un satélite artificial
dentro del lanzador, contenedores en un avión de carga o
pasajeros en un vuelo comercial.
 Sobrecargas: Cargas debidas a las ocupación. Por Ejemplo peso
de personas, muebles, mercadería en depósito, vehículos en
puentes.

19.  Coeficiente de seguridad: El coeficiente de seguridad (también
conocido como factor de seguridad) es el cociente entre el
valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor
del requerimiento esperado real a que se verá sometido. Por este
motivo es un número mayor que uno, que indica la capacidad en
exceso que tiene el sistema por sobre sus requerimientos.
En este sentido, en ingeniería, arquitectura y otras ciencias aplicadas,
es común, y en algunos casos imprescindible, que los cálculos de
dimensionado de elementos o componentes de maquinaria,
estructuras constructivas, instalaciones o dispositivos en general,
incluyan un coeficiente de seguridad que garantice que bajo
desviaciones aleatorias de los requerimientos previstos, exista un
margen extra de prestaciones por encima de las mínimas
estrictamente necesarias.
Los coeficientes de seguridad se aplican en todos los campos de la
ingeniería, tanto eléctrica, como mecánica o civil, etc.