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Evaluación de riesgos en edificios de madera: el sismo.

ELa seguridad un sueño humano.

Solo un sueño, o mejor dicho un deseo. El medio natural no nos es amigable, aun cuando a veces lo simule.

Y como si fuera poco el medio cultural, que construimos, parece también alejarse de este objetivo Como camino de búsqueda el hombre creo el “abrigo”, tratando de separarse del medio natural incontrolable. Ese abrigo que se transformó en “arquitectura”, uno de los valores más significativos que configuran una cultura.

Y es una larga historia sin final... algo podemos hacer.
Como diría el Dr. Grondona, el término seguridad proviene de la palabra securitas del latín. Cotidianamente se puede referir a la seguridad como la ausencia de riesgo o también a la confianza en algo o alguien. Sin embargo, el término puede tomar diversos sentidos según el área o campo a la que haga referencia.
La seguridad es un estado de ánimo, una sensación, una cualidad intangible. Se puede entender como un objetivo y un fin que el hombre anhela constantemente. Como una necesidad primaria.
Cuando la inseguridad se origina en las leyes de la naturaleza, poco podemos hacer...
Pero podemos..


Caos aéreo tras la erupción de un volcán en Islandia.
Un pequeño volcán, dicen los expertos. Con la “mala suerte” que tenía un glaciar sobrepuesto.


Terremoto de Haití: 220.000 muertos. Estimado 7.3 en la escala de Richter, que va 1 a 12, igual a 750.000 toneladas de TNT. Por caso el de Caucete San Juan 1977.

Terremoto en Chile: 500 muertos. Estimado en 8.8 de la escala de Richter. Igual a 100 millones de TNT. 135 veces mas fuerte que el Haiti.

Un tsunami

Como si fuera poco, hemos agregado la inseguridad originada en la cultura del hombre, en su forma de vivir y consumir

EL CAMBIO CLIMATICO
El lunes 18 de mayo del año 2009, la Cámara de la Madera CADAMDA, asistió a una reunión sobre HÁ BITAT SOCIAL – CONSTRUCCIÓN CON MADERA, convocada por la Subsecretaria de Desarrollo Urbano y Vivienda con el “objetivo de reunir a diferentes actores involucrados en la temática para coordinar acciones tendientes a la implementación de la construcción con madera en poblaciones carenciadas”

Dos eventos casi simultáneos
Luego de una visita el martes (19.05.09) en el Bajo Rhin, sobre el tema del desarrollo de la madera Nicolás Sarkozy, anuncio varias medidas, y el deseo de multiplicar por diez el uso de la madera en la construcción, creando un fondo estratégico de inversiones dedicado al sector forestal, para el “objetivo”, de dotarlo a termino de 100 millones de euros”.

10 veces mas de utilización de la madera
Deseando un “plan extremadamente potente” en Francia, el jefe de estado a anunciado igualmente que el querría “multiplicar por diez, desde el año 2010, el piso mínimo de utilización de la madera en las construcciones nuevas”.
Según Nicolás Sarkozy, aumentar el uso de la madera en la construcción permitirá reducir las emisiones de gas carbónico y de responder a los compromisos europeos de Francia.

La arquitectura sustentable, es aquella que hace sustentable la condición humana.

¿Como hacerlo?
1. Reducir la demanda de recursos de la naturaleza (el footprints, la huella ecológica), en la producción del hábitat
2. Reducir la demanda de energía para la producción y funcionamiento del hábitat
3. Reducir la producción de CO2 en la producción y funcionamiento del hábitat
4. Aportar, desde la arquitectura, parte de la energía de funcionamiento
5. Aportar desde la arquitectura, solidaridad y equidad


1. Reducir la demanda de recursos de la naturaleza (el footprints), en la producción del hábitat
2. Reducir la demanda de energía para la producción del hábitat
3. Reducir la producción de CO2 en la producción

Estos tres objetivos son propios del oficio del diseñador, y en ellos debe colocarse el acento en la tarea de prescripción de materiales.

Y allí LA MADERA


reducir + reducir + reducir

Es una obligación más allá del “mercado”

Y ALLÍ LA MADERA

El “bien común”: NO COTIZA
El “cambio climático”, los recursos de la naturaleza, son un “bien común”, mas allá de lo generacional.

El caso de la madera
Reducir la demanda de recursos de la naturaleza. Es renovable, biomasa producida a partir de la energía solar.
Se incrementa en los países desarrollados

1. Reducir la demanda de energía para la producción del hábitat. La madera es recurso para construir, pero también energía, biomasa forestal. El peso promedio, de un edificio de madera, es de 200 Kg./m2, en el proceso de montaje. Usa mucha energía exosomatica.
2. Reducir la producción de CO2 en la producción. La biomasa forestal se produce a partir de la fijación del carbón del CO2, y la liberación de oxigeno.



Un árbol para producir 446 g de madera, deberá tomar 650 g de CO2 y liberará a la atmósfera 477 g de O, un m3 de crecimiento en biomasa forestal (tronco, raíces, ramas, hojas) absorbe 0,26 tonelada de carbono equivalente.

Porcentaje de carbono, en masa, que tiene la madera Carbono 50%; Oxígeno 41%; Hidrógeno 6%; Nitrógeno 1% y Cenizas 2%.
Cantidad de Carbono por tonelada de materia seca se aproxima a 500 kg (50%).

De esta forma se consumen:
13,27 kWh por metro cúbico para hacer una primera transformación de la madera.
Un metro cúbico de madera (eucalipto), reduce 0,26 tonelada de carbón.
El peso especifico del eucalipto (grandis/ saligna) Es de 600 Kg./m3.
La relación “tonelada–tonelada” “madera-carbón” 0,43 tonelada de carbón fijado de la atmosfera por cada tonelada de madera.
Toda la madera, fuste, ramas, hojas.

Para dar una dimensión que quiere decir 0,43 tonelada de carbón fijado.
La normativa española establece que los automóviles que producen menos de 120 gramos de CO2 por kilómetro, están libres de gravamen.
Por caso (al azar) Alfa Mito Multiair con motor de 105 caballos. Su consumo medio es 5,8 litros a los 100 km y 136 gr/km de emisiones de CO2, por kilómetro recorrido.

Una cuenta sencilla:
Cada tonelada de biomasa de eucalipto que reduce 0.43 toneladas de carbón.

Equivale a 31.159 kilómetros recorridos por el Alfa Mito Multiair (un auto de alta performance)

Como el eucalipto de plantación incrementa su biomasa, en 30 m3 /hectárea / año, esto es 18 toneladas.

Cada hectárea de eucalipto plantada equivale a la contaminación de 560.862 kilómetros, algo así como la contaminación anual de 300 automóviles.

Aproximadamente se estima que para producir una tonelada (usare tonelada, en vez de m3) de madera aserrada (el producto en base a madera mas usado en la construcción) se requiere 1.8 toneladas de biomasa.

Esto implica que cada vez que usamos una tonelada de madera en la construcción.

Estamos fijando 0,774 tonelada de carbón Es decir que un 40 % de la biomasa forestal no se transforma en madera aserrada.

Tiene otros destinos, como chip para tableros de madera, secciones reducidas, energía.

Si tomamos el total del contenido de energía de esta biomasa, esto 400 kilos por tonelada de biomasa.

Un kilo de madera equivale a 4000 Kc., esto es 4,65 Kw, tendríamos una producción de energía de 1860 Kw.

El proceso primario de transformación requerido por esta tonelada de madera es 13.27 Kw.

LA SEGURIDAD CONTRA LA AMENAZA PRODUCIDA POR EL HOMBRE ESTA EN LA MANO DEL HOMBRE.

Y ALLÍ LA MADERA, COMO UN PROTAGONISTA ESENCIAL.

Pero la madera también es energía.
Casi como una verificación muy simple de aquella afirmación de Albert Einstein de inicios del siglo XX, que trastoco el mundo:

Que materia y energía era lo mismo, estado diferentes en tiempos diferentes.

La madera es el ejemplo. El sol que alguna vez llego sobre la tierra transforma la materia (el carbono del aire) en materia (la celulosa constitutiva), a través del “mágico” mecanismo de la fotosíntesis.

El uso de biomasa, como energía renovalbe” no contribuye al efecto invernadero?, nos podemos preguntar.

Durante el crecimiento del arbol, la biomasa consume grandes cantidades de dióxido de carbono.


Este dióxido de entonces se libera al aire cuando la madera se descompone o durante la combustión.

Luego, el gas será reabsorbido por la biomasa. Hay un equilibrio, y el impacto es neutral sobre el efecto invernadero, a diferencia de los combustibles fósiles, que liberan grandes cantidades de CO2 a la atmósfera.

Un metro cúbico de madera que se consume evita la emisión de 180 kg de CO2 se han producido por los combustibles fósiles.
Por una tonelada de plaquetas, son de 500 Kg. de CO2, y en caso de pellets alcanza el valor de 700 Kg. de CO2 por tonelada

Madera energía renovable?
Hay que dar vuelta la “neurona” de la sabiduría: sí, la madera es una energía renovable.

En la mayoría de países europeos, la superficie forestal está aumentando año tras año. Y la cotización de los bosques sigue siendo inferior al crecimiento natural del bosque.

El desarrollo del sector de la biomasa sólida, no contribuye a la deforestación.

En comparación con los combustibles fósiles, la duración de la recuperación de la madera es, con mucho, el más rápido de 15-200 años contra 250 hasta 300 millones años para el carbón, y de 100 a 450 millones años para el petróleo.

La biomasa es rentable?
Para comparar el costo de la energía de biomasa sólida a otro tendrá que consultar los precios del combustible, la depreciación de la inversión en equipamiento, gastos operativos, impuestos, devolución. Una comparación que no siempre es fácil de establecer.

No tenemos información seguro para el caso de nuestro pais, pero para el cso de los países europeos se afirma:
• El costo promedio de leña es de dos a tres veces más barato que el gas o el petróleo.
• Es insensible a los cambios de moneda y los precios del petróleo.
• La inversión es inicialmente 4-5 veces mayor que para una caldera de gas o petróleo.
• De acuerdo con el caso y el nivel de subvención, el retorno de la inversión es de 7 años en promedio mientras que la vida de una caldera es de 20 años.

El uso de la biomasa forestal crea puestos de trabajo?
Por la misma cantidad de energía consumida, la demanda de madera 2-4 veces más mano de obra intensiva que los combustibles fósiles como el petróleo o el gas.

Genera puestos de trabajo locales. Por ejemplo, la alimentación de la caldera una vivienda 1000 puestos de trabajo requiere 4 a tiempo completo para la recogida y separación de residuos de madera, para el registro, embalaje, transporte, almacenamiento, gestión de suministro y operación de las calderas. (datos del promedio europeo).

¿Cuál es el potencial de la biomasa sólida en Francia?
Hoy, casi 10 millones de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep) de la biomasa se utilizan para la recuperación de energía.

Según el ITEBE para desarrollar la cogeneración y calderas de alta eficiencia, que pueden obtener rendimientos de 70-85%.
En el futuro, el recurso potencial de biomasa movilizados para la recuperación de energía es de alrededor de 20 Mtep, y el importe total de las necesidades de energía a 100 Mtep francés.

Dependiendo de la opción elegida eficiencia, por lo tanto la biomasa podría cubrir hasta el 16% de las necesidades de electricidad de Francia y el calor.

La biomasa compitiendo con el aporte de la energía eólica, y muy por encima de todas las alternativas de energía solar.

Cuando la extracción de petróleo amenaza las formas de vida, mas allá del cambio climático, también esta la madera para ayudar a eliminar esta formas e explotación de la naturaleza.

La madera y el sismo
• La construcción en madera y los riegos de los edificios en el caso de un sismo es un tema bastante recurrente.
Diríamos que casi se puede ubicar dentro del rango del “síndrome del bastidor”, al cual en tantas ocasiones me he referido.
• Tanto el riesgo de la construcción de un edificio de madera frente al sismo, como la idea, casi una convicción, de la “endeblez del bastidor”, forman parte del conjunto de prejuicios sobre la madera, sobre todo en el ámbito selecto de los tecnoburócratas.
• Como en una síntesis de encuadre, vale recordar que el riesgo de la destrucción de un edificio en ocasión de sismo, se basa en los movimientos tectónicos, que en variada, intensidad y característica, desequilibran al edificio.

El ensayo de un edificio en trama de madera de 6 niveles.
El proyecto se llevo a cabo con un edificio de vivienda de.
Siete pisos de altura
Una planta de 12 x 18 metros,
Con 23 departamentos de una y dos habitaciones
Dos tiendas comerciales en el primer piso.

• para permitir la construcción de edificios en madera en zona sísmica, también pasaban cosas en el mundo. Que parece globalizado menos para la madera
• La Universidad Estatal de Colorado y Simpson Strong- Tie participaron en un evento de investigación sin precedentes para poner en relevancia la importancia de la construcción sismo-resistente en todo el mundo. • Por las dudas hicimos la consulta, y nos dieron una respuesta afirmativa. Fue un alivio. Argentina esta en el mundo!
• El ensayo es una simulación producida por un sistema de columnas que accionan resortes simulando un sismo de intensidad preestablecida. Escala sismológica de Richter, también conocida como escala de magnitud local es una escala logarítmica.
• La escala de 1 a 12. El ensayo simulo una intensidad de 7,5, que por correlación se corresponde a 750.000 toneladas de TNT, (terremoto de Santiago Chile, 1985.)
• Tal vez el mas famoso, en la Argentina,por su historia política fue el 21 de enero de 1944, en la ciudad de San Juan con un a intensidad 7,40 en la escala Richter.
• Este terremoto destruyó la ciudad y varios departamentos vecinos. Causó alrededor de 10.000 muertos sobre una población de 90.000 habitantes.
• Numerosos estudios se ha hecho para crear edificios a prueba de terremotos con estructuras de acero u hormigón, pero este es el único experimento sobre edificios de madera que, abrirá nuevas posibilidades constructivas con un material tan sostenible y barato,
• siempre y cuando se trate de madera certificada.

Claro esta la seguridad no es simple de obtener...

Que pasa con la madera en un incendio.


A mas del temor al terremoto, al tsunami, al cambio climático, etc.

También esta el fantasma del incendio

Debemos considerar que el correcto comportamiento al fuego de una estructura es aquel que permite asegurar un tiempo prolongado antes de que esta colapse de manera de asegurar la evacuación de las personas.

• La madera es un material combustible y por ser un muy mal conductor del calor, resulta tener una gran resistencia al fuego de un incendio.
• En cambio el acero, siendo un material incombustible, pero por muy buen conductor del calor, resulta tener una pésima resistencia de un incendio.
• Cuando la temperatura llega a los 600 grados en la masa de la pieza metálica, el metal entra en fluencia, incrementando sus deformaciones sin modificación de las solicitaciones, y colocando en crisis la relación estructural de los elementos que integra.
• Lamentablemente este hecho es ignorado por la mayoría de los profesionales relacionados directa e indirectamente con la arquitectura y la construcción; arquitectos, constructores, aseguradores, inversionistas, etc. Lo anterior da por resultado, que en el momento de decidir como reconstruir el edificio destruido, casi siempre se vuelve a repetir una solución con estructuras metálicas.
• Nota: expresa el CTT de CORMA Chile
Otro aspecto es la poca dilatabilidad térmica de la madera, neutralizada adicionalmente por la contracción inherente al secado, permite que los envigados de la techumbre y del piso, no ejerzan presiones laterales sobre los muros que los sustentan, lo que neutraliza el peligro de desplome, aumentando el tiempo disponible para evacuar la construcción y combatir el fuego.

Comparación entre el comportamiento resistente de la Madera Laminada y el acero, frente al fuego de un incendio.

Cuando la capa externa de madera alcanza su punto de ignición (300 ° C), la madera se enciende y se quema rápidamente.

La figura muestra la sección transversal típica de una viga de madera con fuego
• de la madera depende de la tasa de carbonización y la pérdida de resistencia y el módulo de elasticidad.
• Fuerza y propiedades de rigidez dependen de la temperatura y la humedad.
Las normas proporciona algunos métodos de cálculo simple para determinar la tasa de carbonización y la carbonización de la madera profundidad de secciones diferentes.

Diseño carbonización de la madera para las tasas de exposición al fuego según norma (2003)

Ecuaciones básicas de cálculo
Para la determinación del tiempo de resistencia de una pieza de madera sometida a una carga de fuego en un incendio característico los términos son los siguientes.

Para cuatro caras expuestas
t = 2,54 * Z * b [ 4 – (2b / d)]
Para tres caras expuestas
t = 2,54 * Z * b [ 4 – (b / d)]

Donde.
b = ancho de la pieza en pulgadas
d = alto de la pieza en pulgadas
Z = factor de carga

Conclusión
• La combustión lenta característica de las grandes piezas de madera han sido reconocida como una ventaja en el diseño del comportamiento en un incendio de los edificios.

• Los códigos de EE.UU. y Canadá reconocen dos métodos para el logro de la seguridad contra incendios usando piezas de madera expuestas

Construcción con madera de grandes secciones “Heavy Timber Construction”, con un alarga historia a su favor, a través de excelentes performances usando métodos prescriptivo y especificaciones de secciones mínimas , para obtener la resistencia al fuego deseada.

El método “One- hour FIRE-resistive construction” usando las observaciones de la “char layer” (la envolvente de carbón) de la madera expuesta al fuego para calcular la sección de madera necesaria para obtener los requerimientos del código.

Este método, ofreciendo nuevos alternativas para los diseñadores al darles una herramienta que incorpora la belleza de la madera expuesta, dentro de la resistencia al fuego del sistema de la trama estructural.

• El problema de la resistencia al fuego de las uniones mecánicas se puede dividir

• en los tres grupos siguientes: uniones entre piezas de madera (madera-madera-madera), uniones entre madera y acero al interior (madera-acero madera) y uniones con herrajes expuestos.

• Una unión del primer caso (madera-madera-madera) realizada con elementos de fijación metálicos expuestos, dimensionados para una situación normal de cálculo, queda asignada a una resistencia al fuego de 15 a 20 minutos dependiendo del medio de fijación utilizado.

En algún momento, de la historia del mundo alguien debe haber dicho: créese el árbol, y el árbol existió. Y desde entonces nos acompaña para reducir las penurias e inseguridades de la existencia. Más aun en este siglo XXI.

 
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