Grados Estructurales Pino Oregon

Informe Técnico N° 196

GRADOS ESTRUCTURALES DE LA MADERA ASERRADA DE PINO OREGON CLASIFICADA VISUALMENTE

INSTITUTO FORESTAL 2013

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Informe Técnico N° 196

INSTITUTO FORESTAL UNIDAD DE TÉCNOLOGÍA E INDUSTRIAS DE LA MADERA

GRADOS ESTRUCTURALES DE LA MADERA ASERRADA DE PINO OREGON CLASIFICADA VISUALMENTE

Autores Luis Vásquez V.1 Gonzalo Hernández C.2 Raúl Campos P.3 Patricio Elgueta M. 4 Marcelo González R.5

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Instituto Forestal. [email protected] Instituto Forestal. [email protected] 3 Instituto Forestal. [email protected] 4 Instituto Forestal. [email protected] 5 Instituto Forestal. [email protected] 2

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INSTITUTO FORESTAL - Chile 2013 Grados Estructurales de la Madera Aserrada de Pino Oregón Clasificada Visualmente Informe Técnico N° 196 Unidad de Tecnología e Industria de la Madera, INFOR, Sede Bio Bio. Estudio financiado por el Contrato de Desempeño INFOR-MINAGRI 2013. ISBN N° 978-956-318-094-7

www.infor.cl www.construccionenmadera.cl

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PRÓLOGO La especie forestal pino oregón (Pseudotsufa menziessi) es una conífera nativa de Norteamérica, que ha presentado un buen comportamiento a las condiciones de suelo y clima de algunas regiones del sur de Chile. En la actualidad se ha transformado en la segunda especie de mayor producción de madera aserrada del país con cerca de 124.213 m3 anuales (2011); y una superficie plantada que alcanza las 16.780 hectáreas, distribuidas en las regiones del Maule, Bío Bío, Araucanía, Los Ríos, Los Lagos y Aysén. El presente estudio permite caracterizar la madera aserrada de pino oregón destinada a usos estructurales, a través de ensayos físicos, mecánicos y de clasificación estructural realizados por el Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR); laboratorio que cuenta con la acreditación de su sistema de gestión basado en la norma ISO 17025, lo que permite el reconocimiento de sus resultados a nivel nacional e internacional. La presente publicación “Grados Estructurales de Madera Aserrada de Pino Oregón Clasificada Visualmente”, fue financiada con recursos provenientes de convenio 2013, suscrito entre el Ministerio de Agricultura (MINAGRI) y el Instituto Forestal (INFOR). Participaron en este estudio los profesionales y técnicos de la Unidad de Tecnología e Industrias de la Madera del INFOR Srs. Luís Vásquez Valenzuela, Gonzalo Hernández Careaga, Patricio Elgueta Muñoz, Raúl Campos Pous, y Marcelo González Retamal.

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ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 1 2. METODOLOGÍA.......................................................................................................................... 2 2.1 Madera ................................................................................................................................ 2 2.2 Clasificación visual ............................................................................................................... 2 2.2.1 Norma de clasificación NCh 1970/2 ............................................................................. 2 2.2.2 Norma de clasificación NCh 1207................................................................................. 4 2.3 Ensayos físicos y mecánicos ................................................................................................ 6 2.3.1 Resistencia y rigidez en flexión .................................................................................... 6 2.3.2 Resistencia a la tracción paralela a las fibras ............................................................... 8 2.3.3 Resistencia a la compresión paralela a las fibras ......................................................... 9 2.3.4 Densidad..................................................................................................................... 11 2.4 Determinación de los valores admisibles y característicos ............................................... 11 2.4.1 Determinación de los valores admisibles según norma chilena NCh 3028/2 ........... 12 2.4.2 Determinación de valores característicos según estándar australiano-neozelandés AS/NZS 4063.2 ..................................................................................................................... 15 2.4.3 Determinación de valores característicos según estándar europeo EN 384 ............. 18 3. RESULTADOS ........................................................................................................................... 21 3.1 Clasificación visual estructural .......................................................................................... 21 3.2 Ensayos físicos y mecánicos .............................................................................................. 25 3.3 Valores admisibles y característicos.................................................................................. 29 4. CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 34 5. REFERENCIAS ........................................................................................................................... 35 6. ANEXOS ................................................................................................................................... 36

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GRADOS ESTRUCTURALES DE LA MADERA ASERRADA DE PINO OREGÓN CLASIFICADA VISUALMENTE

1. INTRODUCCIÓN La clasificación estructural de madera consiste en la técnica mediante la cual las piezas de madera se agrupan según su capacidad para resistir cargas o esfuerzos. Este agrupamiento proporciona al usurario la confianza de esperar un valor mínimo de resistencia para las piezas de un determinado grupo o grado estructural, cualquiera sea el origen del material. Cada grado se asocia con un conjunto de tensiones admisibles que permiten diseñar estructuras de madera en forma segura y confiable. Existen dos métodos de clasificación estructural de madera: la clasificación mecánica y la clasificación visual. La primera consiste en someter a las piezas a un ensayo no destructivo por medio del cual se determina la rigidez y se asocia a una clase estructural. Por otro lado, la clasificación visual consiste en examinar una serie de características de la madera, como nudos, inclinación de la fibra, grietas, alabeos, etc. Esta clasificación visual debe ser realizada por clasificadores, que corresponde a personal calificado y entrenado para realizar esta labor en los aserraderos. Un clasificador requiere de un entrenamiento y formación adecuados, por medio de cursos que sean realizados por entidades técnicamente competentes, y reconocidas por el mercado y la autoridad reguladora. El presente estudio contiene los resultados de un método de clasificación visual estructural de madera aserrada de Pino oregón, junto con la determinación de valores característicos provenientes de ensayos físicos y mecánicos en piezas de tamaño comercial. La madera utilizada fue obtenida la zona de Villarrica, región de la Araucanía.

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2. METODOLOGÍA 2.1 Madera La muestra de madera de pino oregón (Pseudotsuga menziesii) utilizada en el presente estudio se obtuvo del Aserradero Voipir Ltda., cuyas plantaciones provienen de la zona de Villarrica, región de la Araucanía. La madera fue obtenida de bosques de 28-30 años y 47-48 años, sometidas a manejos de raleo y poda.

2.2 Clasificación visual La clasificación visual estructural de la madera de pino oregón fue realizada bajo la norma chilena NCh 1970/2 “Maderas – Parte 2: Especies coníferas – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad. Sin embargo, debido a las altas exigencias de clasificación de esta norma, principalmente en la medición de nudos y velocidad de crecimiento, además de su escaso uso comercial en el país; se realizó una segunda clasificación estructural visual basada en la norma chilena NCh 1207 “Pino radiata – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad”. El alcance de la norma NCh 1207 aplica a madera aserrada y cepillada de pino radiata, sin embargo los principios de clasificación especificados se pueden aplicar a pino oregón u otra especie conífera, tal como ocurre a nivel internacional donde la mayoría de las especies se agrupan generalmente cuando las características de la madera de dos o más especies son muy similares, o por conveniencia de marketing. La aplicación de ambas normas de clasificación estructural visual fue realizada por clasificadores del Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LMEINFOR). 2.2.1 Norma de clasificación NCh 1970/2 La norma chilena NCh 1970/2, concuerda en lo medular con la norma australiana AS 2858 “Timber – Softwood – Visually Stress – Graded for Structural purposes”. Se establecen requisitos que debe cumplir la madera aserrada o cepillada de especies coníferas, con un contenido de humedad menor o igual al 20%. La norma señala cuatro grados de calidad, identificados como: grado estructural N°1, grado estructural N°2, grado estructural N°3 y grado estructural N°4; los cuales se obtienen a través de límites admisibles para las características de la madera de coníferas, tales como tamaños de nudos y agujeros (Concepto Razón Área Nudosa), acebolladura, bolsillos de corteza, resina y/o crecimientos anormales, grietas, rajaduras, desviación de la fibra, velocidad de crecimiento, arista faltante, madera juvenil y alabeos. Estos límites admisibles para la clasificación visual estructural se encuentran descritos en la tabla 2.1.

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Tabla 2.1: Límites admisibles para los grados estructurales visuales de especies coníferas según NCh1970/2 Tipo de característica Generales

Grado estructural N°1




Cada pieza debe estar correctamente aserrada de modo que las superficies adyacentes sean ortogonales entre sí, cumplir con las tolerancias especificadas y tener los extremos despuntados con un corte normal al eje de la pieza Perforación – pudrición – evidencia de madera de reacción No se aceptan Nudo y agujero (sano, firme o suelto, circular, ovalado, aislado, en grupo, en racimo o en la arista) Totalmente En: W = 0,50 a En: W = 0,60 a En: W = 0,75 a En: W = 0,75 a RANT ubicado en la RANT 25% RANT 33% RANT 40% 50% zona central de la cara, de ancho W En el borde de la RANB 25% RANB 40% RANB 50% RANB 60% cara En el canto RANT 25% RANT 40% RANT 50% RANT 60% Otros nudos

RAN1

15%

RAN1

25%

RAN1

30%

RAN1

40%

Acebolladura No se acepta

Se acepta con S 3mm, si no se extiende de una superficie a otra

Bolsillos (de corteza, resina y/o crecimiento anormales) No se acepta Se acepta si cada uno de ellos cumple con l 150 mm; S 10 mm (o un área equivalente) Grietas Superficiales Se aceptan si cada una de ellas cumple Se aceptan si l Se aceptan si l 600 con l 450 mm; S 1 mm 600 mm; S 1 mm; S 2 mm mm En los extremos No se aceptan Se aceptan si: l Se aceptan si: l a y de la pieza a/2 y si en cada si en cada extremo extremo (∑ (∑ 2a) y (∑ 2a) y (∑ 200 200 mm) (tomar el mm) (tomar el menor de los dos menor de los dos valores) valores) Rajaduras No se aceptan Se aceptan si: l Se aceptan si: l a y a/2 y si en cada si en cada extremo extremo (∑ (∑ 2a) y (∑ 2a) y (∑ 200 200 mm) (tomar el mm) (tomar el menor de los dos menor de los dos valores) valores) Desviación de fibra 1 en 15 1 en 10 1 en 8 1 en 6 Albura y mancha biológica Se aceptan sin limitación Velocidad de crecimiento Mayor o igual que 1,6 anillos/cm No se limita


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Tipo de Grado estructural característica N°1 Arista faltante (canto muerto) En piezas con Se acepta si: espesor e 38 d 0,15 e (en mm canto) d 0,15 a (en cara) En piezas con Se acepta si: espesor e 38 d 0,33 e (en canto) mm d 0,50 a (en cara) Madera juvenil En piezas con No se acepta ancho a 240 mm En piezas con Se acepta sin ancho a 240 médula, y si mm además: i) Ocurre sólo en el 1/3 central del ancho de la pieza. ii) el ancho máximo de los anillos de crecimiento es igual o menor que 6 mm.




Se acepta si: d 0,25 e (en canto) d 0,25 a (en cara)

Se acepta sin limitación

Se acepta con médula, y si además: i) Ocurre sólo en el 1/3 central del ancho de la pieza. ii) el ancho máximo de los anillos de crecimiento es igual o menor que 6 mm.

Se acepta sin limitación

Alabeos Arqueadura, Ver requerimientos en anexo A, NCh 1970/2. encorvadura, torcedura Acanaladura Se aceptan magnitudes que no excedan 1 mm por cada 50 mm de ancho de la pieza a: ancho de la pieza; e: espesor de la pieza; L = longitud de la pieza; d: magnitud del defecto; ∑ : longitudes acumuladas del defecto; S: ancho del defecto. Fuente: NCh 1970/2

2.2.2 Norma de clasificación NCh 1207 La norma chilena NCh 1207 señala que la madera debe presentar un contenido de humedad menor o igual al 19%, estableciendo los siguientes grados de calidad: -

-

-

Grado Estructural Selecto (GS): Corresponde a piezas de gran capacidad resistente. Su aplicación usual es el de elementos sometidos a grandes solicitaciones. Grado Estructural N°1 (G1): Corresponde a piezas adecuadas para ser utilizadas en tipologías constructivas normales. Adecuado para envigados, pisos y entramados de techumbre Grado Estructural N°2 (G2): Corresponde a piezas de moderada capacidad resistente. Adecuado para entramados de muros estructurales.

Los límites admisibles para tamaño de nudos (concepto de razón área nudosa), inclinación de fibra, médula, arista faltante, bolsillos de resina y de corteza, fisuras, y alabeos; se puede observar en la tabla 2.2 4


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Tabla 2.2: Exigencias para los grados estructurales visuales de Pino radiata según NCh 1207 Defectos

Grados estructurales Visuales G1

GS

G2

Nudos

Sin CB

Con CB

Sin CB

Con CB

h ≤ 150mm

h > 150 mm

RANB

≤ 50%

> 50%

≤ 50%

> 50%

RANT

≤ 33%

≤ 20%

≤ 50%

≤ 33%

Sin Restricción ≤ 66%

Sin Restricción ≤ 50%

≤ 50%

≤ 33%

≤ 33%

≤ 33%

RANI RANNA

No se Acepta

No se Acepta

≤ 25%

≤ 25%

Inclinación de fibra

1:8

1:6

1:6

Médula

No se Acepta

Se acepta sólo en la mitad central del ancho + Ancho de médula de hasta 12 mm en cualquier largo; o ancho de médula de hasta 18 mm en largo no superior a 100 mm

Se acepta sin restricción

Arista faltante En todo el largo

El canto muerto no puede ser mayor a un cuarto del ancho y a un cuarto del espesor de la pieza

Bolsillos de resina y corteza

Acepta bolsillos de hasta 20 mm de ancho y 200 mm de largo, o superficie equivalente

Grietas

Se ignoran si su profundidad en menor a 10 mm Acepta largos de hasta ¼ del largo de la pieza, con un tope de 600 mm

Fisuras Rajaduras

Acepta largos de hasta ¼ del largo de la pieza, con un tope de 900 mm

Se acepta no más de una rajadura

Se acepta en extremos y de largo menor o igual al espesor de la pieza CB: Condición de borde; h: ancho de la pieza

Se acepta de largo menor o igual a 600 mm; o en los extremos y de largo menor o igual a 1,5 veces el espesor de la pieza

Fuente: NCh 1207


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2.3 Ensayos físicos y mecánicos Se realizaron ensayos mecánicos de madera cepillada de pino oregón bajo diferentes disposiciones de carga, como son la resistencia y rigidez en flexión, resistencia a la tracción paralela a las fibras, y la resistencia a la compresión paralela a las fibras. Además se determinó la densidad y contenido de humedad de cada muestra de madera ensayada. Todos los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR), bajo las especificaciones de la norma chilena NCh 3028/1: Madera estructural – Determinación de propiedades físicas y mecánicas de la madera clasificada por su resistencia – Parte 1: Métodos de ensayo en tamaño estructural. La determinación de la humedad se realizó mediante xilohigrómetros portátiles calibrados bajo la norma chilena NCh2827 2.3.1 Resistencia y rigidez en flexión El esquema de ensayo de resistencia y rigidez en flexión se muestra en la figura 2.1. A una pieza de madera de luz 18 d se debe aplicar una carga en dos puntos a igual distancia entre los apoyos de los extremos, con cada carga igual a F /2. Se debe elegir al azar un canto de la probeta como canto flexo-traccionado. En la figura 2.2 se observa la aplicación de un ensayo para medir la resistencia y rigidez en flexión, donde se puede apreciar la utilización de restricciones laterales para impedir el volcamiento de la pieza, apoyos móviles y un cilindro hidráulico para la aplicación de la carga. El ensayo consiste en medir la carga aplicada en los tercios de la luz, junto con medir el desplazamiento del eje neutro de la probeta en el centro de la luz. De este ensayo se determina el módulo de elasticidad (E) y la tensión de rotura en flexión , los cuales se calculan como sigue: ( ) (

)

Donde, E L d b

: Módulo de elasticidad en flexión : Luz de la pieza de madera entre apoyos : Espesor de la pieza de madera : Ancho de la pieza de madera

( )

: Pendiente de la recta, prolongada del rango elástico de la curva cargadesplazamiento, que se forma de los datos tomados entre el 10% y 40% de la carga máxima.

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Donde, : Resistencia en flexión : Valor de la carga aplicada en la falla o carga máxima Figura 2.1: Esquema de ensayo de resistencia y rigidez en flexión

Fuente: NCh 3028/1 Figura 2.2: Aplicación del ensayo de resistencia y rigidez en flexión según NCh 3028/1

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR). I N F O R M E T É C N I C O N° 1 9 6

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2.3.2 Resistencia a la tracción paralela a las fibras El esquema de carga aplicada en el ensayo de tracción paralela a las fibras se ilustra en la figura 2.3. La longitud (L) de la pieza de madera entre las mordazas debe ser de 2.000 milímetros más 8 veces el ancho (b) de la probeta, la cual se debe cargar hasta la falla. En la figura 2.4 se observa la aplicación de un ensayo de tracción paralela. La resistencia a la tracción paralela (

) se calcula como sigue:

Donde,

d b

: Resistencia a la tracción paralela a las fibras : Valor de la carga aplicada en la falla o carga máxima : Espesor de la pieza de madera : Ancho de la pieza de madera

Figura 2.3: Esquema de ensayo de resistencia a la tracción paralela a las fibras.

Fuente: NCh 3028/1

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Figura 2.4: Aplicación de un ensayo de resistencia a la tracción paralela a las fibras

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR). 2.3.3 Resistencia a la compresión paralela a las fibras El esquema de carga aplicada en el ensayo de compresión paralela a las fibras se ilustra en la figura 2.5. La pieza de madera debe tener una longitud total de 2.000 milímetros más 8 veces el ancho (b) de la probeta; esta se debe comprimir axialmente por medio de una carga hasta que se produzca la falla. El pandeo se controla con restricciones laterales distanciadas a 10 veces el ancho (b) para el pandeo respecto al eje menor, y de 10 veces el espesor (d) para el pandeo respecto al eje mayor. En la figura 2.6 se observa la aplicación de un ensayo de compresión paralela, donde se puede apreciar la zona de carga y los dispositivos de fijación lateral. La resistencia a la compresión paralela (

) se calcula como sigue:

Donde,

d b

: Resistencia a la compresión paralela a las fibras : Valor de la carga aplicada en la falla o carga máxima : Espesor de la pieza de madera : Ancho de la pieza de madera I N F O R M E T É C N I C O N° 1 9 6

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Figura 2.5: Esquema de ensayo de resistencia a la compresión paralela a las fibras.

Fuente: NCh 3028/1

Figura 2.6: Aplicación de un ensayo de resistencia a la compresión paralela a las fibras

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR).

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2.3.4 Densidad Las probetas para determinar la densidad de las piezas de madera ensayadas, deben incluir la sección transversal completa y tener una longitud de por lo menos el ancho de la pieza (b). La masa (m) y el contenido de humedad (H), son medidos para cada probeta de ensayo. La densidad al momento del ensayo ( ) se calcula como sigue:

En tanto la densidad al 12% de humedad ( (

) se debe calcular como sigue:

)

Donde,

d b L H

: Densidad de ensayo : Densidad al 12% de humedad : Espesor de la pieza de madera : Ancho de la pieza de madera : Largo de la probeta de madera para densidad : Humedad de la madera al momento del ensayo

2.4 Determinación de los valores admisibles y característicos La determinación de los valores admisibles para los grados estructurales visuales de pino oregón, se determinaron según el análisis estadístico y especificaciones de la norma chilena NCh 3028/2: Madera estructural – Determinación de propiedades físicas y mecánicas de la madera clasificada por su resistencia – Parte 2: Muestreo y evaluación de los valores característicos de piezas en tamaño estructural. Además, con el fin de evaluar la calidad de la madera de pino oregón respecto a los requerimientos estructurales de los mercados australiano y europeo, se determinaron los valores característicos según las siguientes normas: -

Norma australiano-neozelandesa AS/NZS 4063.2: Caracterización de madera estructural. Parte 2: Determinación de valores característicos

-

Norma europea EN 384: Madera estructural-Determinación de los valores característicos de las propiedades mecánicas y la densidad


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2.4.1 Determinación de los valores admisibles según norma chilena NCh 3028/2 La norma chilena NCh 3028/2: Madera estructural – Determinación de propiedades físicas y mecánicas de la madera clasificada por su resistencia – Parte 2: Muestreo y evaluación de los valores característicos de piezas de tamaño estructural, especifica los procedimientos de muestreo y evaluación de la propiedades de poblaciones específicas de madera aserrada de tamaño estructural clasificada por su resistencia. Esta norma también es útil para evaluar la validez de las propiedades asignadas y para verificar la efectividad de los procedimientos de clasificación estructural de la madera. Los resultados de los ensayos realizados de acuerdo a la metodología establecida en la norma chilena NCh 3028/1 deben ser ajustados a las siguientes condiciones: -

Contenido de humedad único, que generalmente es de un 12%. Las fórmulas de ajuste para el módulo de rotura en flexión, la resistencia a la tracción paralela y la resistencia a la compresión paralela son:

; Para valores de módulo de rotura en flexión 16,6 MPa; resistencia a la tracción paralela 21,7 MPa; y resistencia a la compresión paralela 9,65 MPa. {

}

; Para valores de módulo de rotura en flexión 16,6 MPa; resistencia a la tracción paralela 21,7 MPa; y resistencia a la compresión paralela 9,65 MPa.

Donde, : Valor de la propiedad al contenido de humedad 1 : Valor de la propiedad al contenido de humedad 2 : Contenido de humedad 1, expresado en [%] : Contenido de humedad 2, expresado en [%] : Constantes según tabla 2.3

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Tabla 2.3: Constantes para el ajuste de contenido de humedad para resistencia en flexión, tracción paralela y compresión paralela Constantes

Resistencia en flexión

Resistencia en tracción paralela

16,65 40

21,72 80

Resistencia en compresión paralela 9,65 34

Fuente: NCh 3028/2 La fórmula de ajuste para el módulo de elasticidad en flexión es: [

]

[

]

Donde, : Valor de la propiedad al contenido de humedad 1 : Valor de la propiedad al contenido de humedad 2 : Contenido de humedad 1, expresado en [%] : Contenido de humedad 2, expresado en [%] : Constantes según tabla 2.4 Tabla 2.4: Constantes para el ajuste de contenido de humedad para elasticidad en flexión Constantes

Elasticidad en flexión 1,857 0,0237

Fuente: NCh 3028/2 La validez de las fórmulas de ajuste por contenido de humedad, se restringe a un rango de 10% a 23%. Para valores inferiores o superiores a los límites, se deben considerar estos últimos en las fórmulas. -

Estandarización del módulo de elasticidad, para que refleje las condiciones de uso previstas para el material (relación luz/profundidad y configuración de carga). Para determinar el módulo de elasticidad aparente, se debe resolver la siguiente expresión: (

⁄

) ( ⁄ )

(

⁄

) ( ⁄ )


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Donde,

h L E G

: Módulo de elasticidad aparente : Módulo de elasticidad de ensayo : Altura de la sección transversal de la viga : Distancia total entre los apoyos de la viga : Módulo de elasticidad libre del efecto del esfuerzo cortante : Módulo de rigidez : Factor de ajuste del módulo de elasticidad aparente, según tabla 2.5

Tabla 2.5: Factores de ajuste para el módulo de elasticidad aparente Carga Concentrada en la mitad del tramo Concentrada en los puntos tercios Concentrada en los puntos tercios Concentrada en los puntos cuartos extremos Concentrada en los puntos cuartos extremos Uniformemente distribuida

Lugar de medición de la deflexión Mitad del tramo Mitad del tramo Puntos de carga Mitad del tramo

1,200 0,939 1,080 0,873

Puntos de carga

1,200

Mitad del tramo

0,960

Fuente: NCh 3028/2 -

Ajuste de los datos experimentales mediante factores de reducción, que incluyen factores de seguridad y el efecto de duración acumulada de carga de 10 años según la propiedad considerada (ver tabla 2.6). Tabla 2.6: Factores de reducción para relacionar estadísticas experimentales con la propiedades admisibles Propiedad Módulo de elasticidad Módulo de rotura en flexión Resistencia a la tracción Resistencia a la compresión paralela Resistencia al cizalle Resistencia a la compresión normal

Factor 1 1 / 2,1 1 / 2,1 1 / 1,9 1 / 4,1 1 / 1,67

Fuente: NCh 3028/2

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El método no paramétrico establece que se debe estimar el punto porcentual no paramétrico de la muestra (EPN) mediante interpolación. El proceso se lleva a cabo ordenando los valores experimentales en forma ascendente y calculando, a partir de la menor resistencia, para cada valor la expresión: i / (n+1), hasta verificar que:

Donde, i k n

: Ordinal del valor : nivel de exclusión o percentil considerado : tamaño de la muestra

El valor correspondiente al percentil considerado se le asignará el ordinal “j”, interpolándose el estimador porcentual de punto no paramétrico mediante la expresión: [

][

]

Para el caso del módulo de elasticidad y compresión normal a las fibras, se debe tomar el valor promedio de la muestra. 2.4.2 Determinación de valores característicos según estándar australianoneozelandés AS/NZS 4063.2 La norma AS/NZS 4063.2: Caracterización de madera estructural. Parte 2: Determinación de valores característicos, señala como valor característico a un percentil estimado de una distribución estadística, con un nivel de confianza especificado de una propiedad mecánica. Los valores característicos de resistencia deben ser calculados en base percentil 5, estimado con un nivel de confianza estadística del 75%. La norma AS/NZS 4063.2 señala que uno de los métodos para calcular valores característicos de resistencia es la evaluación estadística asumiendo una distribución lognormal de los datos. Los valores característicos de resistencia, asumiendo una distribución lognormal, requiere de un mínimo de 30 datos de ensayo por cada muestra. La evaluación establece que el valor característico de tensiones debe ser calculado como:


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Con, √

(̅

)

√

( )

√

∑

̅

∑

̅

Donde, : Valor característico para la propiedad de resistencia : Factor de muestreo : Valor de resistencia del percentil del 5% : Tamaño de la muestra : Coeficiente de variación de los datos de resistencia : Promedio del logaritmo natural de los datos de resistencia : Desviación estándar del logaritmo natural de los datos de resistencia : i-esimo valor de resistencia de los datos

̅

El valor característico del módulo de elasticidad debe ser el valor promedio o promedio ajustado estimado con un nivel de confianza del 75%. La norma AS/NZS4063.2 señala un método para calcular los valores característicos del módulo de elasticidad, asumiendo una distribución lognormal de los datos. Se debe considerar el menor valor de las dos ecuaciones siguientes: ̅

v

Con, [ ̅

√

]

(̅

)

(̅ √

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)

( )


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̅

∑

Donde, : Valor característico del módulo de elasticidad : Factor de muestreo : Promedio de los datos de módulo de elasticidad : Valor del módulo de elasticidad del percentil del 5% : Tamaño de la muestra : Coeficiente de variación de los datos de módulo de elasticidad : Promedio del logaritmo natural de los datos de módulo de elasticidad : Desviación estándar del logaritmo natural de los datos de módulo de elasticidad : i-esimo valor de módulo de elasticidad de los datos

̅

̅

La asignación del valor de densidad característico asume que la distribución de los datos es normal. El valor característico de la densidad, estimado con un nivel de confianza del 75%, queda dado por la siguiente ecuación: ̅ Con, √

̅

∑

̅

√

∑

̅

Donde,

̅

: Valor característico de la densidad : Factor de muestreo : Promedio de los datos de densidad : Tamaño de la muestra : Coeficiente de variación de los datos de módulo de elasticidad : Desviación estándar de los datos de densidad : i-esimo valor de los datos de densidad


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2.4.3 Determinación de valores característicos según estándar europeo EN 384 La norma europea EN 384: Madera estructural-Determinación de los valores característicos de las propiedades mecánicas y la densidad, especifica un método para la determinación de los valores característicos de las propiedades mecánicas y de la densidad para poblaciones definidas de madera aserrada clasificada por su resistencia. Incluye además un método para la verificación de la resistencia de una muestra de madera por comparación con un valor establecido. Finalmente, los valores característicos determinados mediante esta norma son adecuados para asignar calidades y especies a las clases de resistencia establecidas en la norma EN 338: Madera estructural – Clases resistentes, que permiten su comercialización en el mercado europeo. Se requiere que las muestras se tomen de la población de madera clasificada visual o mecánicamente. Se define como muestra al número de piezas de la misma sección transversal obtenidas de una misma población. Esta muestra debe ser representativa de la población en cuanto a la procedencia de la madera, las dimensiones y el grado estructural que será clasificado en la producción del aserradero. Cada muestra debe contener como mínimo 40 piezas y provenir de una sola procedencia. Para cada muestra se debe obtener el valor del percentil 5% en las propiedades de resistencia, clasificando todos los resultados de ensayo de una muestra en orden creciente. El quinto percentil es el valor por debajo del cual se encuentra el 5% de los resultados. Si este valor no se corresponde con un resultado de ensayo real, se requiere una interpolación entre dos resultados de ensayo adyacentes. En cuanto al módulo de elasticidad, se debe obtener su valor medio, por medio de la siguiente relación que incluye una corrección respecto al módulo de elasticidad en flexión pura: ̅

∑ (

)

Donde, ̅ n

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: Modulo de elasticidad promedio : i-esimo valor del módulo de elasticidad, en MPa : Tamaño de la muestra


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Los valores del percentil 5% de resistencia, junto con el promedio del módulo de elasticidad, deben corregirse respecto a las siguientes condiciones normalizadas: -

Contenido de humedad único, ajustando todos los valores a un 12%. La forma de corregir es la siguiente:   

-

Para la resistencia a la flexión y a la tracción, no es necesaria la corrección. Para la resistencia a la compresión paralela, se debe aplicar una corrección del 3% por cada variación del 1% del contenido de humedad. Para el módulo de elasticidad, se debe aplicar una corrección del 1% por cada variación del 1% del contenido de humedad.

Medidas de las piezas y longitud de ensayo, corrigiendo el percentil 5 de resistencia a la flexión y tracción paralela a un ancho de referencia (altura de viga) de 150 mm. Se debe dividir por: (

)

Finalmente, los valores característicos de la resistencia siguiente relación:

se calculan mediante la

̅ Donde, ̅

: Valor característico : Valor medio de los valores corregidos del percentil del 5%, ponderando según el número de piezas de cada muestra. : Factor de corrección por muestreo en función del número y tamaño de la muestras, según tabla 2.7 : Factor de corrección por variabilidad, que tiene en cuenta la menor variabilidad de los valores de entre las muestras en el caso de clasificación mecánica respecto a la clasificación visual, según tabla 2.8


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Tabla 2.7: Valores de corrección por muestreo según EN 384 Número de Número de probetas en las muestras más pequeñas muestras 50 100 150 200 1 0,80 0,84 0,88 0,90 2 0,85 0,90 0,92 0,93 3 0,91 0,95 0,96 0,96 4 0,96 1,00 1,00 1,00 5 1,00 1,00 1,00 1,00 Nota: Valores aproximados del gráfico para Ks entregado por la norma EN 384:2010

Fuente: EN 384 Tabla 2.8: Valores de factor de corrección por variabilidad según EN 384 Propiedad / método de clasificación Resistencia a la tracción y a la compresión en sentido paralelo Resistencia a la flexión con clasificación mecánica cuando su valor característico es mayor a 30 MPa, y para todas las clasificaciones visuales Resistencia a la flexión con clasificación mecánica cuando su valor característicos es menor o igual a 30 MPa Resistencia al cizalle y resistencia a la tracción perpendicular

Kv 1,0 1,0

1,12 1,0

Fuente: EN 384

El valor característico de densidad se obtiene del valor del percentil 5 clasificando todos los datos de ensayo de la muestra en orden creciente. El percentil 5 es el valor por debajo del cual se encuentra el 5% de los resultados. Si este valor no corresponde a un resultado de ensayo real se debe interpolar linealmente entre los resultados de densidad adyacentes. Además, cuando el contenido de humedad de la madera sea mayor al 12%, la densidad debe disminuirse un 0,5% por cada variación del 1% del contenido de humedad; y cuando el contenido de humedad sea menor al 12%, la densidad debe aumentarse un 0,5% por cada variación del 1% del contenido de humedad.

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3. RESULTADOS 3.1 Clasificación visual estructural Se clasificaron 1.037 piezas de madera aserrada escuadría 45x95 (2x4) de 3,2 m y 4 m de largo, en estado seco (humedad bajo el 19%). Cada pieza de madera se clasificó por las dos normas de interés: NCh 1970/1 y NCh 1207. La tabla 3.1 muestra las cantidades de piezas clasificadas simultáneamente en los grados estructurales de ambas normas, donde se puede apreciar lo restrictiva que es la norma de clasificación de especies coníferas en los grados N°1 al N°4, respecto a los grados GS, G1 y G2 de la norma NCh 1207. La mayoría de las piezas clasificadas en los grados GS, G1 y G2 clasifican en el grado estructural N°3 de la norma NCh1970/2, y existe un número considerable de piezas clasificadas en grado según norma NCh 1207, pero que para la norma NCh 1970/2 son consideradas como rechazo, principalmente por las restricciones de velocidad de crecimiento, y tamaño de nudos en el borde de la cara y en el canto. Tabla 3.1: Cantidades de piezas clasificadas según normas visuales NCh 1970/2 y NCh 1207 Grados NCh 1970/2 N°1 N°2 N°3 N°4 Rechazo total

GS 176 5 7 188

Grados NCh 1207 G1 G2 1 308 399 28 43 24 46 361 488

total 1 883 76 77 1.037

En las figuras 3.1 a 3.4 se observa la medición de algunas de las características que se consideraron en la clasificación estructural: tamaño de nudos, desviación de fibra, presencia de médula y velocidad de crecimiento, respectivamente. En tanto, la figura 3.5 expone la apariencia de la madera clasificada bajo la norma NCh 1207.


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Figura 3.1: Medición de tamaño de nudos

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) Figura 3.2: Medición de la desviación de fibra

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) 22


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Figura 3.3: Medición de la presencia de médula

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) Figura 3.4: Medición de la velocidad de crecimiento

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) I N F O R M E T É C N I C O N° 1 9 6

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Figura 3.5: Apariencia de los grados visuales estructurales de pino oregón

GS

G1

G2 Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) 24


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3.2 Ensayos físicos y mecánicos Las 1.037 piezas de pino oregón clasificadas en los grados GS, G1 y G2 según norma NCh 1207, se utilizaron para realizar los ensayos físicos y mecánicos según la distribución que aparece en la tabla 3.2. Para el caso de las piezas clasificadas según norma NCh 1970/2, sólo se consideró para el análisis de resultados el grado estructural N°3, ya que fue el único que presentó un número suficiente de piezas en grado que asegura por lo menos 30 piezas por grado estructural para cada tipo de ensayo (ver tabla 3.3). Tabla 3.2: Cantidad de piezas en grados NCh 1207 por tipo de ensayo Tipo de ensayo Flexión Tracción paralela Compresión paralela Total

GS

G1

G2

Total

62

125

151

338

72

119

185

376

54

117

152

323

188

361

488

1.037

Tabla 3.3: Cantidad de piezas en grado NCh 1970/2 por tipo de ensayo Tipo de ensayo Flexión Tracción paralela Compresión paralela Total

N°1

N°2

N°3

N°4

Rechazo

Total

-

-

301

27

10

338

-

-

307

29

40

376

-

1

275

20

27

323

-

1

883

76

77

1.037


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Las tablas 3.4, 3.5, 3.6 y 3.7 muestran la estadística descriptiva de los resultados de los ensayos de resistencia en flexión, rigidez en flexión, resistencia a la tracción paralela y resistencia a la compresión paralela. En todas las propiedades se observa una tendencia clara de una mayor resistencia o rigidez promedio al mejorar la calidad del grado estructural bajo norma NCh 1207; además el grado estructural N°3 (NCh1970/2) presenta estadísticas similares a las correspondientes al grado G1. Para el caso de la resistencia en flexión se observaron valores promedio que fluctuaron entre 52,8 MPa y 36,8 MPa, con variaciones entre 30% y 36% (tabla 3.4). La rigidez en flexión presentó valores promedio que se movieron entre valores cercanos a 9.600 MPa y 12.500 MPa, con variaciones de 20% a 32% (tabla 3.5). En tanto, la resistencia a la tracción paralela presentó promedios entre 24,4 MPa y 16,9 MPa, con coeficientes de variación entre 28% y 42% (tabla 3.6). Finalmente la resistencia a la compresión paralela obtuvo valores promedio entre 33,4 MPa y 25,7 MPa, con variaciones cercanas al 20% (tabla 3.7). En cuanto a los tipos de falla, el ensayo de flexión evidenció fallas típicas por tracción en las fibras inferiores de las vigas y compresión en las fibras sobre el eje neutro (figura 3.6). En los ensayos de tracción paralela se observaron fallas en las fibras por tracción pura (figura 3.7). Finalmente, en los ensayos de compresión paralela se observó la compresión de las fibras sin efectos de pandeo (figura 3.8) Tabla 3.4: Resistencia a la flexión, por grado estructural, de madera de pino oregón a un 12% de humedad Descripción Promedio [MPa] valor mínimo [MPa] valor máximo [MPa] rango [MPa] desviación estándar [MPa] Coeficiente de variación tamaño muestra

26

MORf,12% GS (NCh 1207) 52,8 21,7 94,0 72,2 15,6 30% 62

MORf,12% G1 (NCh 1207) 41,7 11,9 94,2 82,3 14,8 36% 125


MORf,12% G2 (NCh 1207) 36,8 3,6 76,8 73,3 13,3 36% 151

MORf,12% N°3 (NCh 1970/2) 42,2 3,6 92,7 89,1 15,1 36% 301

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Tabla 3.5: Rigidez en flexión, por grado estructural, de madera de pino oregón a un 12% de humedad Descripción Promedio [MPa] valor mínimo [MPa] valor máximo [MPa] rango [MPa] desviación estándar [MPa] Coeficiente de variación tamaño muestra

Ef,12% GS (NCh 1207) 12.488 5.983 19.387 13.404 2.473 20% 62

Ef,12% G1 (NCh 1207) 10.689 5.423 36.611 31.188 3.368 32% 125

Ef,12% G2 (NCh 1207) 9.599 2.403 17.071 14.668 2.653 28% 151

Ef,12% N°3 (NCh 1970/2) 10.696 2.403 36.611 34.208 3.145 29% 301

Tabla 3.6: Resistencia en tracción paralela, por grado estructural, de madera de pino oregón a un 12% de humedad Descripción Promedio [MPa] valor mínimo [MPa] valor máximo [MPa] rango [MPa] desviación estándar [MPa] Coeficiente de variación tamaño muestra

Rtp,12% GS (NCh 1207) 24,4 14,0 42,5 28,5 6,8 28% 72

Rtp,12% G1 (NCh 1207) 19,1 4,6 60,9 56,2 8,1 42% 119

Rtp,12% G2 (NCh 1207) 16,9 5,7 48,1 42,3 7,0 42% 185

Rtp,12% N°3 (NCh 1970/2) 19,7 4,6 48,6 44,0 7,5 38% 307

Tabla 3.7: Resistencia en compresión paralela, por grado estructural, de madera de pino oregón a un 12% de humedad Descripción Promedio [MPa] valor mínimo [MPa] valor máximo [MPa] rango [MPa] desviación estándar [MPa] Coeficiente de variación tamaño muestra


Rcp,12% GS (NCh 1207) 33,4 22,2 54,2 32,0 6,6 20% 54

Rcp,12% G1 (NCh 1207) 27,9 17,2 41,6 24,3 5,3 19% 117

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Rcp,12% G2 (NCh 1207) 25,7 8,9 38,5 29,6 3,9 15% 152

Rcp,12% N°3 (NCh 1970/2) 28,3 15,9 54,2 38,3 5,5 20% 275

27


Figura 3.6: Fallas por flexión en piezas de pino oregón

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) Figura 3.7: Fallas por tracción paralela en piezas de pino oregón

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) 28


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Figura 3.8: Fallas por compresión paralela en piezas de pino oregón

Fuente: Laboratorio de Madera Estructural del Instituto Forestal (LME-INFOR) 3.3 Valores admisibles y característicos Los valores admisibles y característicos de resistencia en flexión, resistencia a la tracción paralela, resistencia a la compresión paralela, módulo de elasticidad en flexión y densidad, obtenidos para los grados estructurales de pino oregón, según las normas chilena (NCh 3028/2) y australiano-neozelandesa (AS/NZS 4063.2), se observan en las tablas 3.8 y 3.9 respectivamente. En tanto, en el caso de la norma europea (EN 384), solo se determinaron los valores característicos para la resistencia en flexión, módulo de elasticidad en flexión y densidad; debido a que los esquemas de ensayo de resistencia a la tracción paralela y resistencia a la compresión paralela se alejan mucho de lo especificado por la norma de ensayos europea EN 408: Estructuras de madera – Madera aserrada y madera laminada encolada para uso estructural – Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas. Además, la determinación de la resistencia en flexión, módulo de elasticidad en flexión y densidad son suficientes para asignar un grado estructural a una clase resistente definida en la norma europea EN 338.


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Tabla 3.8: Valores admisibles para madera estructural de pino oregón según normativa chilena Resistencia admisible Grado estructural

Densidad característica [kg/m3]

(ff)

[MPa] Tracción paralela (ftp)

Compresión paralela (fcp)

(E)

(p12)

13,0

7,1

12,7

12.488

402

9,0

4,3

10,4

10.689

389

7,1

3,6

10,4

9.599

388

9,3

4,1

11,1

10.696

388

Flexión GS (NCh 1207) G1 (NCh 1207) G2 (NCh1207) N°3 (NCh 1970/2)

Módulo de Elasticidad [MPa]

Tabla 3.9: Valores característicos para madera estructural de pino oregón según normativa australiano-neozelandesa Módulo de Elasticidad Característico [MPa]

Densidad característica [kg/m3]

Compresión paralela (f'c)

(E)

(p12)

Resistencia característica Grado estructural Flexión (f'b) GS (NCh 1207) G1 (NCh 1207) G2 (NCh1207) N°3 (NCh 1970/2)

30

[MPa] Tracción paralela (f't)

32,4

17,4

29,7

12.021

465

22,0

9,5

25,7

9.464

461

16,2

7,8

24,6

7.836

453

20,3

10,0

26,0

8.978

459


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Tabla 3.10: Valores característicos para madera estructural de pino oregón según normativa europea Resistencia característica [MPa] Grado estructural Flexión (fm,k) GS 20,2 (NCh 1207) G1 15,0 (NCh 1207) G2 12,2 (NCh1207) N°3 16,0 (NCh 1970/2)

Módulo de Elasticidad Característico (E0,medio) (E0,05) [MPa] [MPa]

Densidad (pk) [kg/m3]

(pmedio) [kg/m3]

13.509

8.450

403

487

11.199

6.451

389

483

9.808

5.490

387

474

11.211

6.184

388

479

Para el mercado chileno, la madera de pino oregón clasificada en los grados GS, G1 y G2, presenta valores admisibles mayores que los especificados para la madera de pino radiata en las mismas calidades visuales, exceptuando la propiedad de resistencia a la tracción paralela para los grados G1 y G2 (tabla 3.11). La resistencia a la flexión presenta incrementos superiores al 18% en cada grado estructural, mientras que la resistencia a la compresión paralela presenta diferencias superiores al 40%. Para el caso del módulo de elasticidad, el incremento promedio en el valor característico es del 11%. En el mercado australiano se puede asignar un “grado-F” a cualquier especie maderera en función de su calidad estructural. Una alternativa para asignar un grado-F es mediante la realización de ensayos de piezas de tamaño comercial, clasificada por su resistencia bajo cualquier método de clasificación (pruebas “in-grade”), y su respectiva determinación de valores característicos. Los valores obtenidos de los ensayos para resistencia en flexión, resistencia en tracción paralela, resistencia en compresión paralela, resistencia al cizalle paralelo y módulo de elasticidad; deben ser mayores o iguales a los valores característicos especificados para el grado-F asignado. En la tabla 3.12 se observan los valores característicos asignados a cada grado-F definidos en la normativa australiana de cálculo estructural en madera AS 1720.1, desde donde se puede concluir que la madera de pino oregón chileno corresponde a las siguientes calidades: -

El grado estructural GS (NCh 1207) corresponde al grado australiano F11 El grado estructural G1 (NCh 1207) corresponde al grado australiano F7 El grado estructural G2 (NCh 1207) corresponde al grado australiano F5 El grado estructural N°3 (NCh 1970/2) corresponde al grado australiano F7


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Debido a que los esquemas de ensayos utilizados en el presente estudio son idénticos a los requeridos por el mercado australiano, especificados en la norma AS/NZS 4063.1: Caracterización de madera estructural – Parte 1: métodos de ensayo; los resultados son totalmente válidos, faltando sólo caracterizar la propiedad de resistencia al cizalle paralelo. En el mercado europeo existe un sistema de clases resistentes para madera de coníferas, mediante el cual se puede asignar una familia de valores para el diseño en función de la calidad estructural de madera de cualquier especie u origen geográfico. Los valores característicos de las clases resistentes están definidos en la norma europea EN 338: Clases resistentes, y se pueden observar en la tabla 3.13. Una población de madera puede asignarse a una clase resistente, si los valores característicos de la resistencia a la flexión y de la densidad son mayores o iguales a los valores establecidos para la clase resistente asignada; y si el valor característico medio de su módulo de elasticidad en flexión es mayor o igual al percentil del 95% del valor indicado en la tabla 3.13 para dicha clase resistente. Basado en los resultados obtenidos para el pino oregón chileno, se puede asignar las siguientes calidades: -

El grado estructural GS (NCh 1207) corresponde a la clase resistente C 20 El grado estructural G1 (NCh 1207) corresponde a la clase resistente C 14 El grado estructural G2 (NCh 1207) no es posible ser asignado a una clase resistente El grado estructural N°3 (NCh 1970/2) corresponde a la clase resistente C 16

Tabla 3.11: Comparación de valores característicos de pino oregón y pino radiata clasificado según norma chilena NCh 1207 Grado estructural

GS G1 G2

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Resistencia admisible [MPa] Especie

Flexión (ff)

Tracción paralela (ftp)

Compresión paralela (fcp)

Módulo de Elasticidad Característico [MPa] (E)

p. oregón p. radiata p. oregón p. radiata p. oregón p. radiata

13,0 11,0 9,0 7,5 7,1 5,4

7,1 6,0 4,3 5,0 3,6 4,0

12,7 8,5 10,4 7,5 10,4 6,5

12.488 10.500 10.689 10.000 9.599 8.900


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Tabla 3.12: Valores característicos de los grados-F en el sistema australiano Tensión característica,[Mpa] Tracción paralela a la fibra Madera Madera latifoliadas coníferas F34 84 51 42 F27 67 52 34 F22 55 34 29 F17 42 25 22 F14 36 22 19 F11 31 18 15 F8 22 13 12 F7 18 11 8,9 F5 14 9 7,3 F4 12 7 5,8 Fuente: AS 1720.1

Tensión Grado en flexión

Corte Compresión en paralela a viga la fibra 6,1 5,1 4,2 3,6 3,3 2,8 2,2 1,9 1,6 1,3

Módulo de elasticidad promedio característico [Mpa]

Módulo de rigidez [Mpa]

21.500 18.500 16.000 14.000 12.000 10.500 9.100 7.900 6.900 6.100

1.430 1.230 1.070 930 800 700 610 530 460 410

63 51 42 34 27 22 18 13 11 8,6

Tabla 3.13: Valores característicos de las clases resistentes para coníferas en el sistema europeo Propiedades de Resistencia [MPa] Flexión Tracción paralela a la fibra Tracción perpendicular a la fibra Compresión paralela a la fibra Compresión perpendicular a la fibra Cizalle Propiedades de rigidez [GPa] Módulo de elasticidad medio paralelo a la fibra Módulo de elasticidad paralelo a la fibra (percentile 5%) Módulo de elasticidad medio perpendicular a la fibra Módulo de rigidez medio Densidad [kg/m3] Densidad característica Densidad media

C14

C16

C18

C20

C22

C24

14 8 0,4 16 2,0

16 10 0,4 17 2,2

18 11 0,4 18 2,2

20 12 0,4 19 2,3

22 13 0,4 20 2,4

24 14 0,4 21 2,5

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

7

8

9

9,5

10

11

4,7

5,4

6,0

6,4

6,7

7,4

0,23

0,27

0,30

0,32

0,33

0,37

0,44

0,5

0,56

0,59

0,63

0,69

290 350

310 370

320 380

330 390

340 410

350 420

Fuente: EN 338


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4. CONCLUSIONES Las principales características de la madera de pino oregón que limitan su uso estructural, basado en los criterios de clasificación visual de normas chilenas, son la velocidad de crecimiento, y el tamaño de nudos en el borde de la cara y en el canto. Los ensayos mecánicos evidenciaron que las propiedades de resistencia y rigidez aumentaron al mejorar la calidad estructural de la madera. Además, se evidenciaron tipos de falla típicas en los ensayos de flexión, tracción paralela a la fibra y compresión paralela a la fibra. Los valores característicos de resistencia y rigidez de los grados estructurales de pino oregón, clasificada según norma chilena NCh 1207, son superiores a los especificados para pino radiata en las mismas calidades estructurales, exceptuando sólo la propiedad de resistencia a la tracción paralela. Bajo el estándar australiano, los valores característicos determinados para la madera de pino oregón evidenciaron que todos los grados estructurales visuales bajo norma chilena cumplen con los requerimientos de resistencia y rigidez que exige el sistema de grados-F de dicho mercado. Finalmente, bajo el estándar europeo, los valores característicos determinados para la madera de pino oregón, evidencian que lo grados estructurales visuales GS, G1 y N°3 cumplen con los requerimientos de resistencia, rigidez y densidad que exige el sistema de clases resistentes para el mercado europeo. La calidad visual G2 presentó valores característicos menores a los requeridos por el sistema de clases resistentes.

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5. REFERENCIAS

Australian Standard (AS), 2007. AS 1720.1: Timber structures- Design Methods. Australian/New Zealand Standard (AS/NZS), 2010. AS/NZS 4063.2: Characterization of structural timber . Part 2: Determination of characteristic values. Comité Europeo de Normalización (CEN), 2010. EN 384: Madera estructuralDeterminación de los valores característicos de las propiedades mecánicas y la densidad Comité Europeo de Normalización (CEN), 2010. EN 338: Madera estructural – Clases resistentes. Instituto Nacional de Normalización (INN), 1988. NCh 1970/2: Maderas – Parte 2: Especies coníferas – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad. Instituto Nacional de Normalización (INN), 2005. NCh 1207: Pino radiata – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad Instituto Nacional de Normalización (INN), 2006. NCh 3028/1: Madera estructural – Determinación de propiedades físicas y mecánicas de la madera clasificada por su resistencia – Parte 1: Métodos de ensayo en tamaño estructural. Instituto Nacional de Normalización (INN), 2008. NCh 3028/2: Madera estructural – Determinación de propiedades físicas y mecánicas de la madera clasificada por su resistencia – Parte 2: Muestreo y evaluación de los valores característicos de piezas en tamaño estructural.


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6. ANEXOS 6.1 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según NCh 3028/2 para grado estructural GS

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

36

fb,12 [MPa] 52,8 21,7 94,0 72,2 15,6 3.271 62 3,1 27,3

Eai2 [Mpa] 12.488 5.983 19.387 13.404 2.473 774.259 62 3,1

1 /2,1

1,0

13,0

12.488


densidad 12% [kg/m3] 465 358 620 262 46 28.846 62 3,1 403

403

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6.2 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según AS/NS 4063.2 para grado estructural GS

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Promedio logarítmico de los datos desviación estándar logarítmica Valor promedio para E Coeficiente Kz Valor percentil 5, E05 Valor percentil 5, f05 Factor de muestreo, ks Coeficiente de variación, VE Coeficiente de variación, VR Coeficiente de variación, Vp n Factor de modificación av valor característico Ek, promedio1 Ek, promedio2 Ek


MRf [Mpa] 52,0 21,6 92,4 70,8 15,2 3.226,7 62

E [Mpa] 12.390,7 6.100,4 18.382,9 12.282,5 2.392,0 768.220,9 62

3,906 0,315

9,405 0,202

1,15

12.391 1,15 8.711

29,6 0,971

0,970 20,5%

Densidad [kg/m3] 467 361 613 253 46 28.975 62

0,991

32,3% 62 1,127 32,4

62

10% 62 463

12.021 12.072 12.021

INSTITUTO FORESTAL

37


6.3 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según EN 384 para grado estructural GS

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor promedio para E Ek,promedio Valor percentil 5, f05 kh Factor de muestreo, ks Factor variabilidad tipo clasificación valor característico Eo,medio

38

MRf [Mpa] 52 22 92 71 15 3.227 62 3,1

27,0 1,10 0,820

E [Mpa] 12.461 6.025 19.026 13.001 2.443 772.551 62 3,1 12.461 13.509 8449,6

1,00 20,18

Densidad [kg/m3] 466 359 617 258 46 28.901 62 3,1

404

404 13.509


INSTITUTO FORESTAL


6.4 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según NCh 3028/2 para grado estructural G1



fb,12[MPa]

Eai2 [Mpa]

41,7 11,9 94,2 82,3 14,8 5.212 125 6,3 18,9

10.689 5.423 36.611 31.188 3.368 1.336.095 125

1 /2,1

1,0

9,0

10.689

INSTITUTO FORESTAL

densidad 12% [kg/m3] 469 347 748 401 57 58.112 124 6,2 395

395

39


6.5 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G1


40

MRf [Mpa] 41,6 11,9 91,0 79,0 14,7 5.203,4 125

E [Mpa] 10.657,8 5.614,2 35.985,0 30.370,8 3.262,2 1.332.222,5 125

3,664 0,371

9,240 0,252

1,15

10.658 1,15 6.804

21,2 0,976

0,974 25,6%

Densidad [kg/m3] 469 350 744 394 56 58.153 124

0,993

38,4% 125 1,066 22,0

125

12% 124 465

10.377 9.464 9.464


INSTITUTO FORESTAL


6.6 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según EN 384 para grado estructural G1

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estandar suma tamaño muestra Estadistico percentil 5% Valor promedio para E Ek,promedio Valor percentil 5, f05 kh Factor de muestreo, ks Factor variabilidad tipo clasificación valor carasteristico Eo,medio


MRf [Mpa] 42 12 91 79 15 5.203 125 6,3

18,9 1,10 0,870

E [Mpa] 10.684 5.487 36.417 30.930 3.333 1.335.449 125 6,3 10.684 11.199 6450,6

1,00 15,01

Densidad [kg/m3] 469 348 746 398 56 58.127 124 6,2

395

395 11.199

INSTITUTO FORESTAL

41


6.7 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según NCh 3028/2 para grado estructural G2


42

fb,12[MPa]

Eai2 [Mpa]

36,8 3,6 76,8 73,3 13,3 5.554 151 7,6 15,0

9.599 2.403 17.071 14.668 2.653 1.449.512 151 7,6

1 /2,1

1,0

7,1

9.599


densidad 12% [kg/m3] 460 348 667 319 52 69.385 151 7,6 389

389

INSTITUTO FORESTAL


6.8 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G2



MRf [Mpa] 36,9 3,6 77,3 73,7 13,4 5.579,3 151

E [Mpa] 9.629,6 2.369,6 16.847,6 14.478,1 2.610,2 1.454.069,6 151

3,531 0,434

9,132 0,300

1,15

9.630 1,15 5.647

16,7 0,974

0,971 30,6%

Densidad [kg/m3] 458 350 666 316 51 69.227 151

0,994

45,5% 151 0,995 16,2

151

11% 151 456

9.353 7.836 7.836

INSTITUTO FORESTAL

43


6.9 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según EN 384 para grado estructural G2


44

MRf [Mpa] 37 4 77 74 13 5.579 151 7,6

15,0 1,10 0,890

E [Mpa] 9.614 2.393 17.005 14.612 2.640 1.451.748 151 7,6 9.614 9.808 5489,7

1,00 12,2

Densidad [kg/m3] 459 349 667 318 51 69.311 151 7,6

389

389 9.808


INSTITUTO FORESTAL


6.10 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según NCh 3028/2 para grado estructural N°3



fb,12[MPa]

Eai2 [Mpa]

42,2 3,6 92,7 89,1 15,1 12.714 301 15,1 19,6

10.696 2.403 36.611 34.208 3.145 2.108.355 301 15,1

1 /2,1

1,0

9,3

10.696

INSTITUTO FORESTAL

densidad 12% [kg/m3] 464 347 662 315 52 139.239 300 15,0 389

389

45


6.11 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según AS/NZS 4063.2 para grado estructural N°3


46

MRf [Mpa] 42,3 3,6 92,4 88,9 15,2 12.724,1 301

E [Mpa] 10.671,4 2.369,6 35.985,0 33.615,4 3.056,2 3.212.087,7 301

3,671 0,407

9,236 0,286

1,15

10.671 1,15 6.408

20,1 0,983

0,981 29,2%

Densidad [kg/m3] 464 350 666 316 50 139.294 300

0,996

42,5% 301 1,025 20,3

301

11% 300 462

10.465 8.978 8.978


INSTITUTO FORESTAL


6.12 Determinación de valores característicos de resistencia y rigidez en flexión según EN 384 para grado estructural N°3



MRf [Mpa] 42 4 92 89 15 12.724 301 15,1

19,5 1,10 0,900

E [Mpa] 10.693 2.393 36.417 34.024 3.115 3.218.524 301 15,1

Densidad [kg/m3] 464 348 664 316 51 139.255 300 15,0

10.693 11.211 6184,0

391

1,00 16,0

391 11.211

INSTITUTO FORESTAL

47


6.13 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según NCh 3028/2 para grado estructural GS ft,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

24,4 14,0 42,5 28,5 6,8 1.760 72 3,60 14,9 1 /2,1

densidad 12% [kg/m3] 462 384,1 697,4 313,3 48,7 33.283 72 3,60 404

7,1

404

6.14 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural GS MR [Mpa] 24,3 14,0 42,5 28,5 6,7 1.748,2 72

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Promedio logarítmico de los datos desviación estándar logarítmica

3,154 0,266

Coeficiente Kz Valor percentil 5, f05 Factor de muestreo, ks Coeficiente de variación, VR Coeficiente de variación, Vp n Factor de modificación av valor característico

1,15 15,1 0,978 27,1%

48

Densidad [kg/m3] 464 386 697 311 49 33.438 72

72 1,179 17,4


0,991 10% 72 460

INSTITUTO FORESTAL


6.15 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según NCh 3028/2 para grado estructural G1 ft,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

19,1 4,6 60,9 56,2 8,1 2.270 119 5,95 9,0 1 /2,1

densidad 12% [kg/m3] 466 360,3 1099,9 739,7 84,7 55.402 119 5,95 392

4,3

392

6.16 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G1

Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra

MR [Mpa] 18,9 4,6 56,9 52,2 7,8 2.253,4 119

Promedio logarítmico de los datos desviación estándar logarítmica

2,867 0,388


1,15 9,3 0,974 40,3%


119 1,047 9,5

INSTITUTO FORESTAL

Densidad [kg/m3] 468 363 1.125 762 86 55.654 119

0,988 18% 119 462

49


6.17 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según NCh 3028/2 para grado estructural G2 ft,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

16,9 5,7 48,1 42,3 7,0 3.120 185 9,3 7,5 1 /2,1 3,6

densidad 12% [kg/m3] 449 363,6 583,9 220,3 41,3 83.140 185 9,3 392

392

6.18 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G2 MR [Mpa] 16,8 5,7 47,1 41,4 6,9 3.106,5 185


2,738 0,414


1,15 7,8 0,978 43,3%

50

185 1,017 7,8


Densidad [kg/m3] 451 370 588 219 42 83.418 185

0,995 9% 185 449

INSTITUTO FORESTAL


6.19 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según NCh 3028/2 para grado estructural N°3 ft,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

19,7 4,6 48,6 44,0 7,5 6.061 307 15,4 8,6 1 /2,1 4,1

densidad 12% [kg/m3] 458 356,9 475,8 118,9 63,9 140.745 307 15,4 389

389

6.20 Determinación de valores característicos de resistencia a la tracción paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural N°3


MR [Mpa] 19,7 4,6 48,3 43,7 7,4 6.033,1 307


2,907 0,387


1,15 9,7 0,984 40,2%


307 1,048 10,0

INSTITUTO FORESTAL

Densidad [kg/m3] 460 363 1.125 762 64 141.301 307

0,994 14% 307 458

51


6.21 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según NCh 3028/2 para grado estructural GS fc,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

33,4 22,2 54,2 32,0 6,6 1.805 54 2,7 24,1 1 / 1,9 12,7

densidad 12% [kg/m3] 468 360,7 645,3 284,6 52,4 25.293 54 2,7 379

379

6.22 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural GS MR [Mpa] 32,7 22,2 52,1 29,8 6,1 1.768,0 54


3,472 0,182


1,15 23,9 0,983 18,4%

52

54 1,266 29,7


Densidad [kg/m3] 473 360 654 295 54 25.516 54

0,989 11% 54 467

INSTITUTO FORESTAL


6.23 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según NCh 3028/2 para grado estructural G1 fc,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

27,8 17,3 43,9 26,6 5,2 2.970 107 5,4 19,7 1 / 1,9 10,4

densidad 12% [kg/m3] 449 329,6 543,1 213,5 40,6 48.021 107 5,4 379

379

6.24 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G1


MR [Mpa] 28,0 17,3 41,7 24,5 5,0 2.993,2 107


3,315 0,180


1,15 20,5 0,988 18,1%


107 1,269 25,7

INSTITUTO FORESTAL

Densidad [kg/m3] 444 294 524 230 39 47.525 107

0,994 9% 107 441

53


6.25 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según NCh 3028/2 para grado estructural G2 fc,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga valor característico

25,5 8,9 38,1 29,2 3,9 3.617 142 7,1 19,8 1 / 1,9 10,4

densidad 12% [kg/m3] 450 361,9 527,9 165,9 37,3 63.915 142 7,1 383

383

6.26 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural G2 MR [Mpa] 25,5 8,9 36,9 27,9 3,8 3.625,3 142


3,228 0,163


1,15 19,3 0,990 16,4%

54

142 1,286 24,6


Densidad [kg/m3] 447 364 515 151 36 63.524 142

0,995 8% 142 445

INSTITUTO FORESTAL


6.27 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según NCh 3028/2 para grado estructural N°3 fc,12[MPa] Promedio valor mínimo valor máximo rango desviación estándar suma tamaño muestra Estadístico percentil 5% Valor percentil 5 Factor seguridad + duración carga

28,3 15,9 54,2 38,3 5,5 7.779 275 13,8 21,0 1 /1,9

valor característico

densidad 12% [kg/m3] 454 353,9 480,6 126,6 44,3 124.919 275 13,8 388

11,1

388

6.28 Determinación de valores característicos de resistencia a la compresión paralela según AS/NZS 4063.2 para grado estructural N°3


MR [Mpa] 28,1 15,9 52,1 36,2 5,2 7.732,1 275


3,320 0,179



1,15 20,6 0,992 18,1% 275 1,269 26,0

INSTITUTO FORESTAL

Densidad [kg/m3] 455 360 622 262 45 125.257 275

0,996 10% 275 454

55

OFICINA DIAGUITAS Km 5 costado aeródromo La Florida, La Serena Fono / Fax: (56-51) 543627 SEDE METROPOLITANA Sucre 2397, Ñuñoa, Santiago Fono: (56-2) 23667100. Fax: (56-2) 23667131 SEDE BIO BIO Camino a Coronel km 7,5, San Pedro de la Paz, Concepción Fono / Fax: (56-41) 2853260 SEDE VALDIVIA Fundo Teja Norte s/n, Valdivia Fono: (56-63) 218968 OFICINA PATAGONIA Camino Coyhaique Alto km 4, Coyhaique Fono: (56) 98831860

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Grados Estructurales Pino Oregon

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