Conferencias sobre normativa de estructuras de madera 1 La siguiente presentación forma parte de las Conferencias sobre normativa de estructuras de madera realizadas el lunes 1 de setiembre de 2014, en el Auditorio Pocitos de la Universidad ORT Uruguay. Estas conferencias, a cargo de expertos de Uruguay, Argentina, Brasil, Chile y España, pretenden difundir el estado del arte a nivel nacional e internacional de la normativa estructural en madera. El evento se enmarcó dentro del proyecto “Documentos técnicos base para la normalización de estructuras y construcciones de madera”, que es coordinado por el LATU y viene ejecutándose en colaboración con el Instituto de Estructuras y Transporte de la Facultad de Ingeniería UDELAR, la Facultad de Arquitectura Universidad ORT Uruguay y el Dpto. de Proyectos Forestales del LATU. El equipo investigador y organizador agradecen al Fondo Industrial de la Dirección Nacional de Industrias del MIEM por los fondos para este proyecto. Montevideo, 1 de setiembre de 2014 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Facultad Regional Concepción del Uruguay Proyecto: Documentos técnicos base para la normalización de estructuras y construcciones con madera El Reglamento CIRSOC 601 (2013) (en trámite de aprobación en la Sec. de Obras Públicas de la Nación) Antecedentes en Argentina (1980…) Primera generación de reglamentos CIRSOC Influencia de Europa (2000…) Nueva generación de reglamentos CIRSOC Influencia de EEUU Problemas generados por el cambio Perfil de las diferencias manifestadas (técnicas y no técnicas) Antecedentes en Argentina Organización y presentación de los documentos CIRSOC diseño con distintos materiales, acciones… reglamentos, comentarios, ejemplos Acompañamiento de las normas IRAM calidad de materiales, ensayos… Antecedentes en Argentina El caso del diseño estructural con madera y sus productos derivados Particularidades de un círculo vicioso: Inexistencia de reglas de diseño para estos materiales Débil tradición en su utilización y desconexión entre los distintos sectores participantes Aspectos culturales negativos (aceptados como de inferior calidad) Normativa IRAM de acompañamiento desactualizada Débil y dispersa enseñanza en las universidades (sin orientación) Poca información del comportamiento estructural de las especies cultivadas en el país Antecedentes en Argentina El caso del diseño estructural con madera y sus productos derivados Algunas circunstancias que aportaron una base para el cambio: La consolidación de algunos grupos de investigación y el abordaje de estudios considerando los modernos lineamientos internacionales a partir de 1995…(influencia de la experiencia de la normalización común en Europa) La conformación de la RITIM en el año 2000… Su integración (universidades, centros tecnológicos, empresas, profesionales) El apoyo de la GTZ Proyectos vinculando los distintos sectores El caso particular de las normas IRAM 9660-1/2, 9661 y 9662-1/2/3 (2006) (la MLEE y el proceso a partir de la clasificación por resistencia de las tablas) Desarrollo del proyecto Reuniones preliminares convocadas por el CIRSOC Decisiones básicas iniciales: orientación y formato 2009 Conformación del equipo redactor Conformación de la Comisión Permanente de Estructuras de Madera del INTI-CIRSOC Integración (sectores y apertura), aprobación del avance 2009-2013 Redacción del Reglamento, Manual y actividades complementarias (normas IRAM, difusión…) Desarrollo del proyecto Orientación adoptada para el CIRSOC 601: NDS 2005 razones Formato de diseño: Primera etapa en tensiones admisibles Segunda etapa en estados límite (futura) razones Adaptación del NDS 2005 a la realidad nacional introducir solo los cambios indispensables razones Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005) El NDS hasta 2001 y el LRFD de 1996. NDS a partir de 2005: Resistencia requerida (f ) ≤ (F’) Resistencia provista El proceso de diseño se puede desarrollar de dos formas diferentes con algunos elementos comunes y ciertas particularidades: ASD f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas aplicadas (ej. D + L) F′ = resistencia admisible ajustada a las condiciones del proyecto (obra) LRFD f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas factoreadas (ej. 1,2 D +1,6 L) (ASCE) F′ = resistencia factoreada ajustada a las condiciones del proyecto (obra) Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005) ASD F′ = F x CD x factores de ajuste comunes aplicables al caso (CM, CL, CP…) F valor de diseño de referencia del material con un coeficiente de seguridad incorporado y para una duración de la carga igual a 10 años (denominada «normal») CD factor de duración de la carga (igual a 1 para cargas de 10 años, mayor que 1 para cargas de menos de 10 años y menor que 1 para una carga permanente factores de ajuste comunes aplicables al caso: relacionan la condición de servicio del elemento en el proyecto (obra) con las condiciones de referencia (humedad, inestabilidad, tamaño,…) cuando ambas condiciones coinciden su valor es 1 Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005) LRFD F′ = F x KF x Φ x λ x factores de ajuste comunes aplicables al caso (CM, CL, CP…) KF factor de conversión de formato: elimina el coeficiente de seguridad aplicado a la resistencia del material y la influencia de una duración de la carga igual a 10 años Φ factor de resistencia: varía en función del tipo de elemento (miembro/unión) y del tipo de esfuerzo (define la seguridad conjuntamente con los factores aplicados a las cargas ) λ factor de efecto del tiempo: depende de la duración del escenario de cargas factoreadas (vale 1 para un escenario de cargas de 10 minutos de duración) factores de ajuste comunes aplicables al caso: iguales que en el proceso ASD Breve análisis del enfoque (biformato) del NDS (2005) Algunas particularidades Las particularidades no se manifiestan en el tratamiento de los efectos de las acciones (f ) sino en el referido a la resistencia provista por el material (F’): La consideración de un mismo valor de diseño de referencia para las propiedades del material en ambos formatos (F) La adopción de una condición de referencia para la duración de la carga igual a 10 años en ASD e igual a 10 minutos en LRFD Factores de ajuste especiales de cada formato ASD: LRFD: CD KF, Φ, λ Factores de ajuste comunes a ambos formatos CM, CL, CP… El Reglamento El Manual El Reglamento Organización del CIRSOC 601 (primera etapa en tensiones admisibles) 9 capítulos que proveen las reglas de diseño 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Requerimientos generales para el diseño estructural Valores de diseño (de referencia F y ajustados F’) Disposiciones y ecuaciones para el diseño Diseño de miembros estructurales de madera aserrada Diseño de miembros estructurales de madera laminada encolada estructural Diseño de miembros estructurales de sección transversal circular Diseño de vigas prefabricadas, madera compuesta estructural y tableros estructurales Diseño de uniones mecánicas Diseño de sistemas estructurales 4 suplementos que proveen los valores de diseño de referencia (F) 1 2 3 4 Valores de diseño para madera aserrada Valores de diseño para madera laminada encolada estructural Valores de diseño para miembros estructurales de sección circular Valores de diseño para uniones mecánicas El Reglamento Breves reflexiones sobre las razones que motivaron cambios en la organización adoptada respecto de la norma de origen (NDS 2005) Apéndices y comentarios condensados en los capítulos (simplificación) Cantidad de capítulos y el ordenamiento de temas (sencillez y cultura) Capítulos consolidados total o parcialmente (razones) Los capítulos 1, 2 y 3 aplicación general Los capítulos 4, 5 y 6 materiales específicos El Capítulo 8 elementos de fijación considerados razones modelo de cálculo (inicial de Johansen) colaboraciones no consideradas (razones) Decisión de consolidar el proceso gradualmente El Reglamento Breves reflexiones sobre las razones que motivaron cambios en la organización adoptada respecto de la norma de origen (NDS 2005) Particularidades derivadas de la falta de antecedentes en el país Capítulos abiertos (razones) El Capítulo 7 El Capítulo 9 El Reglamento Procedimiento general adoptado por el CIRSOC 601 para el cálculo (Se corresponde con el ASD del NDS 2005) Resistencia requerida (f ) ≤ (F’) Resistencia provista f = efecto (esfuerzo, tensión) de las cargas aplicadas (ej. D + L) F′ = F x factores de ajuste aplicables al caso Para madera aserrada, Capítulo 4 (significado de los términos y funciones de los factores) Tensiones y módulo de elasticidad F’b = Fb F’t = Ft F’v = Fv F’c┴ = Fc┴ F’c = Fc E’ = E E’0,05 = E0,05 E’mín = Emín Factores de ajuste aplicables x x x x x x x x CD CD CD CD CD - CM CM CM CM CM CM CM CM Ct Ct Ct Ct Ct Ct Ct Ct CL - CF CF - Cr - CP - El Reglamento Criterios para introducir cambios a las reglas de origen (NDS 2005) (solo los indispensables, razones generales como la bibliografía de apoyo) Modificaciones razones ejemplos (dimensiones de referencia, espaciamientos en las uniones…) Incorporaciones razones ejemplos (columnas compuestas unidas con celosías y separadores, vibraciones inducidas en pisos, mayor énfasis en el control de las deformaciones…) Supresiones razones ejemplos (columnas compuestas unidas con anillos, disminución de la capacidad portante de elementos de fijación con espaciamiento reducido…) El Reglamento Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron Cálculo de las deformaciones diferidas Para la determinación de las deformaciones diferidas se debe aplicar la siguiente expresión: ∆f = Kcr ∆i(LD) + ∆i(CD) (3.2.3-1) siendo: Con respaldo de resultados experimentales Kcr el factor de deformación dependiente del tiempo, cuyo valor es: 1,5 para vigas de madera aserrada, laminada encolada, vigas prefabricadas y madera compuesta estructural, cargadas en estado seco y cuya condición de servicio corresponda al estado seco, tal como se define en los capítulos correspondientes. 2,0 para vigas de madera aserrada o madera laminada encolada estructural cargadas en estado seco y cuya condición de servicio en obra se corresponda al estado húmedo, tal como se define en los Capítulos 4 y 5. 2,0 para paneles estructurales utilizados en una condición de servicio correspondiente al estado seco, tal como se define en el capítulo correspondiente. 3,0 para vigas de madera aserrada o de sección transversal circular, cargadas en estado verde y que secan bajo carga. El Reglamento Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron Limitación de las deformaciones (dos limitaciones, razón del énfasis) Tabla 3.2.3-1 Deformaciones admisibles recomendadas para las vigas Destino de la construcción Viviendas y oficinas Comercio, recreación e institucional Construcciones industriales o rurales con bajo factor de ocupación Deformación instantánea originada por las cargas variables Deformación final neta originada por la totalidad de las cargas ∆i(V) ≤ l / 360 (voladizos l / 180) ∆fnet(TC) ≤ l / 300 (voladizos l / 150) ∆i(V) ≤ l / 360 (voladizos l / 180) ∆fnet(TC) ≤ l / 240 (voladizos l / 120) - ∆fnet(TC) ≤ l / 200 (voladizos l / 100) siendo: l ∆i(V) ∆fnet(TC) la luz de cálculo de la viga; la deformación instantánea producida por las cargas variables; la deformación final neta producida por la totalidad de las cargas. El Reglamento Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron Control de las vibraciones inducidas por el tránsito humano Considerando que la percepción de este tipo de vibraciones por parte de las personas disminuye sensiblemente cuando f0 supera 8 Hz y muy sensiblemente cuando supera 12 Hz, en ausencia de requisitos especiales, y de no emplearse métodos más precisos de cálculo, para entrepisos simplemente apoyados se recomienda que la frecuencia natural de vibración sea superior a 8 Hz (ciclos / segundo), la que se puede calcular con la siguiente expresión: f0 = π 2l 2 E' I > 8 Hz mua (3.2.3-2) siendo: Con validación experimental en entrepisos l E’ I mua la luz de cálculo (en m). el módulo de elasticidad ajustado (en N / m2). el momento de inercia de la sección transversal de los miembros resistentes existentes en una franja de entrepiso con ancho igual a 1 m (m4 / m = m3). la masa del entrepiso por unidad de área (kg / m2 = Ns2 / m3). A su vez, la deformación instantánea producida por una carga concentrada de 1 kN ubicada en el centro del vano, ∆i(1kN), no debería exceder los límites indicados en la expresión 3.2.3-3: ∆i(1kN) ≤ 7,5 / l 1,2 mm ≤ 1,5 mm siendo: l la luz de cálculo expresada en metros. (3.2.3-3) El Reglamento Algunas incorporaciones de interés que se introdujeron Dudas comunes para los dos casos anteriores en relación al nivel adecuado de detalle para el texto P. ejemplo: Cuándo una carga puede ser considerada de larga duración? Qué nivel de sobrecarga es adecuado considerar para verificar las vibraciones inducidas por el tránsito humano? El criterio del proyectista siempre debe estar presente! El Reglamento Algunos aspectos problemáticos que se mantuvieron Cálculo de la capacidad portante de las uniones de tipo clavija (Johansen) Dificultades del cálculo: Solución a través de las tablas del manual (o simples programas) Aspectos ligados a la seguridad: Colaboraciones que se desprecian (E-5) Tranquilidad frente a la falta de investigaciones completas sobre la resistencia al aplastamiento las especies cultivadas en el país (ejemplos) El Reglamento Algunos aspectos problemáticos que se mantuvieron Cálculo del factor de estabilidad lateral de la viga (CL) Cálculo del factor de estabilidad del miembro comprimido (CP) Dificultades del cálculo (solución a través de las tablas del manual o simples programas) El Reglamento Los suplementos, organización y contenido Algunas reflexiones acerca de los suplementos Su importancia para la aplicación de las reglas de diseño Los criterios de análisis estadístico y de ensayos mecánicos (sistemas equivalentes internacionalmente, criterio europeo…) La coherencia entre los valores obtenidos y las reglas de diseño (posibilidad de lograrla empleando ensayos y reglas de distinto origen) El esfuerzo a realizar y la adopción de una estrategia adecuada (propiedades fundamentales, coordinación nacional…) La oportunidad que significa para el sector científico-tecnológico Frecuencia prevista para su actualización (su importancia) El Reglamento Organización y contenido de los suplementos Suplemento 1 Valores de diseño de referencia para madera aserrada Valores basados en propiedades determinadas empíricamente para clases resistentes de combinaciones especie (grupo de especies) / procedencia cultivadas en el país (Pinus taeda/elliottii del noreste, Araucaria angustifolia de Misiones, Eucalyptus grandis de la Mesopotamia) Actualmente en trámite de inclusión el Populus deltoides ‘Australiano 129/60’ / ‘Stoneville 67’ del delta del Paraná. Normas IRAM que respaldan los métodos de clasificación y proveen los valores característicos de las propiedades fundamentales (las restantes se derivan siguiendo el criterio europeo salvo que existan determinaciones) Apéndices del Suplemento que proveen el método de clasificación por resistencia cuando el mismo no está normado por IRAM Conversión de los valores característicos a los de diseño considerando las condiciones de referencia adoptadas en las reglas El Reglamento Organización y contenido de los suplementos Suplemento 2 Valores de diseño de referencia para madera laminada encolada estructural Requisito: inclusión previa en la norma IRAM 9660-1 (razones) Tabla S.2.1.1-1. Valores de diseño de referencia para madera laminada encolada estructural para las especies incluidas en la norma IRAM 9660-1 (2006) (N/mm2) Especie (1) Pino taeda y elliotti (2) Pino Paraná Eucalipto grandis (3) Grado de resistencia Fb Ft Fv Fc┴ Fc Frt E E0,05 Emín 1 2 1 2 1 2 6,3 4,1 7,5 6,3 7,5 6,6 3,5 2,3 4,1 3,5 4,1 3,7 0,7 0,4 0,8 0,7 0,8 0,8 0,9 0,8 1,0 0,9 1,8 1,7 6,3 4,1 7,5 6,3 7,5 6,6 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 11200 6700 13400 11600 13400 11600 7500 4500 9000 7800 9000 7800 4700 2800 5700 4900 5700 4900 (1) Pinus taeda y elliottii cultivado en las provincias de Misiones y Corrientes, (2) Araucaria angustifolia cultivado en la provincia de Misiones, (3) Eucalyptus grandis cultivado en las provincias de Entre Ríos, Corrientes y Misiones. El Reglamento Organización y contenido de los suplementos Suplemento 3 Postes de Eucalyptus grandis ensayados en voladizo (estado verde, razones) La carencia de datos de postes de otras especies La carencia de datos de secciones de menor tamaño y en estado seco Suplemento 4 Valores de la tensión de aplastamiento en función de la densidad, según el criterio del NDS (2005) Su comparación con los resultados obtenidos empíricamente para algunas especies cultivadas en el país (ejemplos, preocupaciones y soluciones) El proceso (y las dificultades) de comprobar la tensión de aplastamiento para todas las especies cultivadas Acciones complementarias Interrelaciones y consensos imprescindibles para su afianzamiento Obras y fabricación de materiales (Desarrollo productivo) Propiedades de los materiales y confiabilidad del diseño (Investigación y desarrollo) Transmisión de conocimientos Reglas de diseño y valores de las propiedades del material (Docencia) Proyectos y dirección de obras (Ejercicio profesional) Acciones complementarias Necesidad de contar con comentarios, bibliografía, de apoyo, etc. Manual (2013) orientado a proyectistas, profesores y estudiantes Necesidad de contar con un cuerpo normativo nacional para determinar las propiedades y efectuar los análisis estadísticos Normas IRAM 9663 y 9664 (2013) Actividades de difusión (congresos…) Acciones complementarias Manual de aplicación Contenido inicial (razones) M.E Ejemplos resueltos y comentados M.4.E Miembros estructurales de madera aserrada M.5.E Miembros de madera laminada encolada estructural M.8.E Uniones mecánicas M.T Tablas auxiliares para el cálculo M.4.T Miembros estructurales de madera aserrada (CL, CP) M.5.T Miembros de madera laminada encolada estructural (CL, CP) M.8.T Uniones mecánicas (Cg, Z) Enfoque (razones) Acciones complementarias Desarrollo de un cuerpo normativo nacional de acompañamiento IRAM 9663 (2013) Antecedentes nacionales en IRAM Basada en la EN 408 Ensayos en tamaño estructural incluidos en esta etapa Razones de su orientación y contenido inicial Destinatarios fundamentales IRAM 9664 (2013) Basada en la EN 384 Razones de su orientación Para asegurar la coherencia entre los valores característicos de las propiedades y los valores de diseño de referencia (Suplementos): Intervención de la Comisión Permanente para modificar los suplementos (previsto semestralmente para agilizar y estimular los aportes) Gracias por su atención Facultad de Arquitectura Universidad ORT Uruguay