Agrupamiento de maderas para uso estructural

III.2. ESTRUCTURAS

NORMA E.010
MADERA

CAPITULO 1 - AGRUPAMIENTO DE MADERAS
PARA USO ESTRUCTURAL

ARTICULO 1: NORMAS A CONSULTAR

ARTICULO 2: OBJETIVOS
Este capítulo establece el agrupamiento de las maderas para uso estructural, en tres clases denominadas A, B y C y fija los requisitos y procedimientos que se deberá seguir para la incorporación de especies a los grupos establecidos.

ARTICULO 3: CAMPO DE APLICACIÓN

3.1. Los valores establecidos en este capítulo son aplicables a madera aserrada que cumple con los requisitos establecidos en la norma ITINTEC 251.104. Maderas coníferas de procedencia extranjera podrán agruparse siempre que cumplan con normas de calidad internacionalmente reconocidas y que resulten en características de resistencia mecánica similares a las de los grupos establecidos en esta Norma.

3.2. Los valores establecidos en este capítulo son aplicables a madera aserrada en condiciones normales. Para condiciones especiales los requisitos serán establecidos en las normas correspondientes.

ARTICULO 4: DEFINICIONES

Para los fines de este capítulo se define:
4.1. Densidad Básica.- Es la relación entre la masa anhidra de una pieza de madera y su volumen verde. Se expresa en g/cm³.
4.2. Esfuerzo Básico.- Es el esfuerzo mínimo obtenido de ensayos de propiedades mecánicas que sirve de base para la determinación del esfuerzo admisible. Este mínimo corresponde a un límite de exclusión del 5% (cinco por ciento).
4.3. Esfuerzos Admisibles.- Son los esfuerzos de diseño del material para cargas de servicio, definidos para los grupos estructurales.
4.4. Madera Estructural o Madera para Estructuras.- Es aquella que cumple con la Norma ITINTEC 251.104, con características mecánicas aptas para resistir cargas.
4.5 Madera Húmeda.- Es aquella cuyo contenido de humedad es superior al del equilibrio higroscópico.
4.6 Madera seca.- Es aquella cuyo contenido de humedad es menor o igual que el correspondiente al equilibrio higroscópico.
4.7 Módulo de Elasticidad Mínimo (E_mínimo).- Es el obtenido como el menor valor para las especies del grupo, correspondiente a un límite de exclusión del 5% (cinco por ciento) de los ensayos de flexión.
4.8 Módulo de Elasticidad Promedio (E_Promedio).- Es el obtenido como el menor de los valores promedio de la especies del grupo. Este valor corresponde al promedio de los resultados de los ensayos de flexión.

ARTICULO 5: AGRUPAMIENTO

5.1. El agrupamiento está basado en los valores de la densidad básica y de la resistencia mecánica.

5.2. Los valores de la densidad básica, módulos de elasticidad y esfuerzos admisibles para los grupos A, B y C serán los siguientes:

5.2.1. Densidad Básica

5.2.2. Módulo de Elasticidad*

Nota: el módulo de elasticidad (E) es aplicable para elementos en flexión, tracción o compresión en la dirección paralela a las fibras.
(*) Estos valores son para madera húmeda, y pueden ser usados para madera seca.

5.2.3. Esfuerzos Admisibles **

Nota: Para los esfuerzos admisibles en compresión deberán considerarse adicionalmente los efectos de pandeo
(**) Estos valores son para madera húmeda, y pueden ser usados para madera seca.

5.3. Los módulos de elasticidad y esfuerzos admisibles establecidos en 5.2 solo son aplicables para madera aserrada que cumple con lo establecido en 3.

ARTICULO 6: INCORPORACIÓN DE ESPECIES A LOS GRUPOS A, B Y C

6.1. REQUISITOS

6.1.1. El procedimiento a seguir para la incorporación de especies a los grupos A, B y C deberá ser el establecido en el acápite 6.2 de esta Norma.
6.1.2. La incorporación de especies a los grupos establecidos se hará en función de la densidad básica y de la resistencia mecánica obtenida mediante ensayos de flexión de vigas de madera de tamaño natural, según la norma ITINTEC 251.107. se deberá ensayar un mínimo de 30 vigas provenientes por lo menos de 5 árboles por especie.
6.1.3. La identificación de la especie y los ensayos estructurales deberán se efectuados por laboratorios debidamente reconocidos, los que emitirán y garantizarán los resultados correspondientes, de conformidad con los requisitos exigidos por el Instituto Nacional de Investigación y Normalización – ININVI.

6.2. PROCEDIMIENTO

6.2.2. Se identifican las especies en forma botánica y se efectúa la descripción anatómica de las muestras de madera.
6.2.3. Se determina la densidad básica promedio de las especie (ITINTEC 251.011) y se la compara con los valores establecidos en 5.2.1, obteniéndose así un agrupamiento provisional.
6.2.4. Se determinan los valores de la rigidez (Módulo de Elasticidad) y de la resistencia (Esfuerzo Admisible por flexión), a partir de vigas a escala natural que
cumplan con los requisitos de la norma ITINTEC 251.104, ensayadas de acuerdo a la norma ITINTEC 251.107.
6.2.5. Se comparan los módulos de elasticidad y los esfuerzos admisibles en flexión obtenidos según la norma ITINTEC 251.107 con los valores establecidos en 5.2.2 y 5.2.3.
6.2.6. Si los valores obtenidos son superiores a los valores del grupo provisional obtenido por la densidad, se clasifica a la especie en dicho grupo, si los valores alcanzan los de un grupo más resistente se la clasifica en el grupo superior. En caso contrario, si los valores no alcanzan a los del grupo provisional se la clasifica en el grupo inferior.
6.2.7. Agrupada la especie, podrán adoptarse para el diseño todos los esfuerzos admisibles indicados en 5.2.3.

ARTICULO 7: REGISTRO DE GRUPOS DE ESPECIES DE MADERA PARA USO ESTRUCTURAL

7.1. SENCICO mantendrá un Registro actualizado de los grupos de especies de madera aserrada para uso estructural.
7.2. La incorporación de especies que cumplan con lo establecido en este capítulo al Registro señalado en 7.1. será autorizada por el SENCICO.

ANEXO 1:
COMENTARIOS A LA NORMA

ARTICULO 8: PROLOGO

El capítulo “Agrupamiento de Maderas para Uso Estructural”, ha sido escrita en forma directa y concisa en virtud de su carácter reglamentario y no presenta detalles ni sugerencias para cumplimiento de sus exigencias. Consecuentemente los criterios y consideraciones en que se ha basado el Comité Especializado para su elaboración no son expuestos; por esta razón dicho Comité ha creído conveniente presentar estos Comentarios que aclaran dichos criterios y que en otros casos los complementan facilitando su aplicación.
La numeración de cada capítulo y sección de los Comentarios tiene correspondencia con los del primer capítulo.

ARTICULO 9: OBJETIVO

9.1. Se trata de establecer la normalización que permita la incorporación de las especies maderables de los bosques peruanos al mercado de madera aserrada para uso estructural, ofreciendo al usuario un mayor número de especies utilizables. Los bosques del País son en su mayoría bosques tropicales con un gran número de especies, siendo el volumen de madera por especie no tan abundante, de manera que una utilización racional se logra al agrupar las especies en función de sus características. Se espera así, promocionar nuevas especies con características similares o mejores a las actualmente comercializadas, lo que evitaría la extracción selectiva y la posible extinción de las más conocidas.

ARTICULO 10: CAMPO DE APLICACIÓN

10.1. La norma de clasificación visual ITINTEC 251.104, esta orientada a maderas latifoliadas y a las confieras nativas.
10.2. Pueden existir condiciones extremas o internas que de alguna manera alteren las propiedades de la madera como temperatura, humedad, ambientes corrosivos y otras, que requieran especificaciones especiales o modificaciones de los valores de diseño; éstas serán establecidas por las normas de diseño aplicables en cada caso.

ARTICULO 11: AGRUPAMIENTO

11.1. El agrupamiento obedece solamente a un ordenamiento a base de la resistencia y no implica ventaja relativa de un grupo con respecto al otro, un grupo
no es superior o inferior a otro sino de características deferentes.
11.2. En algunos casos las especies agrupadas podrían no corresponder estrictamente a estos límites. En uno futuro podrá definirse un grupo de especies con
densidades básicas por debajo de 0,4 g/cm³.
11.3. Los módulos de elasticidad mínimos y promedio fueron obtenidos en base a ensayos de flexión en probetas
pequeñas libres de defectos, realizados en 104 especies del Grupo Andino, incluyendo 20 especies peruanas (Ref. 8.1, 8.2).
Adicionalmente se realizaron ensayos de vigas a escala natural de algunas de las especies estudiadas (Ref. 8.3, 8.4). Estos módulos pueden ser utilizados conservadoramente en tracción o compresión en la dirección paralela a las fibras.
11.4. Para el diseño estructural de elementos de madera, los valores establecidos en 5. 2.2 y 5.2.3 no deben ser excedidos a menos que se demuestre de conformidad con establecido mediante ensayos de elementos de tamaño natural, realizados según las normas ITINTEC pertinentes, que se puedan usar valores superiores. Estos valores se usarán en conjunción con las limitaciones resultantes de consideraciones de estabilidad y posibles reducciones o modificaciones propias de la buena práctica de la ingeniería.
Los esfuerzos admisibles y los módulos de elasticidad fueron obtenidos en madera húmeda y pueden ser usados para madera seca, basándose en la hipótesis que la madera seca tiene igual o mayor resistencia que la húmeda. Por otro lado existen evidencias de que en la condición seca se observa por lo general un comportamiento más frágil (Ref. 8.4).
Los esfuerzos admisibles están basados en resultados de ensayos con probetas pequeñas libres de defectos de 104 especies del Grupo Andino, incluyendo
20 del Perú (Ref. 8.1, 8.2). Estos ensayos se realizaron según las normas ITINTEC (Ref. 8.5, 8.6. 8.7 y 8.8). Adicionalmente, se efectuaron ensayos a escala natural (Ref. 8.3, 8.4).
Para los esfuerzos de tracción no se aplico esta metodología, habiéndose considerado los esfuerzos admisibles como 70% de los correspondientes a flexión.
A diferencia del diseño en concreto armado y en acero donde se usan métodos de resistencia última, las estructuras de madera en la práctica mundialmente establecida se diseñan por métodos de esfuerzos admisibles, reduciendo la resistencia en vez incrementar las cargas.
Los esfuerzos admisibles se han determinado aplicando la siguiente expresión (Ref. 8.3, 8.9):

Donde:
F.C.= Coeficiente de reducción por calidad (defectos).
Es la relación entre el esfuerzo resistido por elementos a escala natural, vigas por ejemplo, y el correspondiente esfuerzo para probetas pequeñas libres de defectos. En una medida de la influencia de los defectos en la resistencia y rigidez de las piezas (Ref. 8.3).
F.T.= Coeficiente de reducción por tamaño. Representa la reducción en los esfuerzos resistidos por una pieza en función de su altura.

F.T. =(50/ h)^1/9 (h en mm)

Esta expresión ha sido tomada de la Ref. 8.10 y está basada en información experimental.
Para la determinación del F.T. se usó h= 290 mm. Para piezas de peralte mayor de 290 mm deberá tomarse el factor de reducción correspondiente.
F.S.= Coeficiente de seguridad.
F.D.C.= Coeficiente de duración de carga. Basada en la reducción observada en ensayos de vigas a escala natural (Ref. 8.11).
Coeficientes considerados para la determinación de los esfuerzos admisibles.

(*) Incluido en F.S.
(**) Incluye un coeficiente por concentración de esfuerzos = 2,00 debido a la posible presencia de rajaduras por secado en los extremos de la piezas.
A medida que se incorporen más especies a los grupos A, B y C, los valores de las tablas 5.2.2 y 5.2.3 podrán ser reajustados.

ARTICULO 12: INCORPORACIÓN DE ESPECIES A LOS GRUPOS A, B Y C

12.1. Las propiedades mecánicas determinadas mediante ensayos de en probetas pequeñas libres de defectos no son suficientes para definir valores de diseño
aplicables a elementos estructurales de tamaño natural, que incluyen defectos que alteran su rigidez y resistencia; por esta razón es necesario realizar ensayos
de vigas.
12.2. Las propiedades mecánicas determinadas mediante ensayos de laboratorio en probetas pequeñas libres de defectos no son suficientes para definir valores de diseño aplicables a elementos estructurales de tamaño natural, que incluyen defectos que alteran su rigidez y resistencia; por esta razón es necesario realizar ensayos de vigas.
Para que los resultados sena confiables se requiere que las muestras sean representativas de las características de la especie. Considerando un coeficiente de
variación de 0,22, se deben ensayar 30 vigas por especie, provenientes de 10 árboles y tres repeticiones porárbol para conseguir un intervalo de confianza del valor medio de ±10% con una seguridad estadística del 95% (Ref. 8.12, 8.13).
En vista de las dificultades para la colección de las muestras directamente del bosque por las condiciones de distribución, climáticas, transporte y otras, se ha considerado que provisionalmente se puede aceptar para estos propósitos un mínimos de 5 árboles.

ARTICULO 13: REFERENCIAS

13.1. PADT-REFORT/JUNAC, 1980. Tablas de Propiedades Físicas y Mecánicas de la Madera de 20 especies del Perú. Junta del Acuerdo de Cartagena. Lima. Perú.
13.2 PADT-REFORT/JUNAC, 1980, revisado 1987. Estudio de las Propiedades Físicas y Mecánicas de 104 Maderas de los Bosques Tropicales del Grupo Andino. Junta del Acuerdo de Cartagena. Lima. Perú.
13.3. PIQUE J., TEJADA,M., 1982, Working Stresses for Tropical Hardwoods of the Andean Group Countries. PADT.RFT/dt 5. Junta del Acuerdo de Cartagena.
13.4. SCALETTI H., 1983. influencia de Defectos en la Rigidez y Resistencia de Vigas de 5 especies de la Subregión Andina. PADT-REFORT. Junta del Acuerdo de Cartagena. Lima. Perú.
13.5. ITINTEC 251.013-80 MADERAS. Método de Determinación del Cizallamiento Paralelo al Grano.
13.6. ITINTEC 251.014-80 MADERAS. Método de Determinación de la Compresión Axial o Paralela al Gramo.
13.7. ITINTEC 251.016-80 MADERAS. Método de Determinación de la Compresión Perpendicular al Grano.
13.8. ITINTEC 251.017-80 MADERAS. Método de Ensayo de Flexión Estática.
13.9. PADT-REFORT/JUNAC, 1984. Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino. 3a. Edición preliminar. Junta del Acuerdo de Cartagena. Lima. Perú.
13.10 BOHANNAN, B., 1966. Effect of Size on Bending Strength of Wood Members. USDA Forest Service. Research Paper FPL 56. Forest Products Laboratory, Madison. Wisconsin. E.E.U.U.
13.11 ADSEN,B., 1972. Duration of Load Tests for Wet Lumber in Bending. Report N°4 Structural Research Series. Department of Civil Engineering. University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada.
13.12 NOACK, D., 1970. Evaluación de Propiedades de Maderas Tropicales. Trabajo presentado en la ¡a Reunión del Grupo de Trabajo “IUFRO”. Hamburgo. Traducción: OVERBEEk, A.
13.13 SCALETTI H., 1979. Consideraciones para Determinar el Número de Repeticiones por Árbol y por Especie para Ensayos de Vigas a Escala Natural. Documento Interno de Trabajo. PADT-REFORT/JUNAC. Lima. Perú.