FABRICACIÓN DE COLUMNAS EN MADERA

Los procedimientos para el diseño de columnas en madera deben ajustarse con las exigencias del reglamento para construcciones en vigor en cada país o región. Lo que en este artículo se explica es una manera sencilla de diseñar los elementos estructurales de una vivienda en madera, o en combinación con tierra o arcillas.

Los diseños deberán emplear las formulas especificadas en el reglamento.

Fórmula para el diseño de columnas en madera:

P =  0,30 x E                       

A     L (al cuadrado)/d

P = Carga axial en libras

A = Área de la sección transversal

E = Modulo de elasticidad de la madera en libras por pulgada cuadrada.

L = Longitud de la columna sin soporte lateral en pulgadas.

d = Dimensión del lado menor de la sección transversal en pulgadas.

El modulo de elasticidad para las diferentes maderas viene dado por la tabla siguiente, también se puede encontrar en un libro que trate sobre estructuras en madera.

Si se utiliza la formula anterior, se procura que P/A que es el esfuerzo unitario permisible, no se exceda del valor del esfuerzo unitario de compresión paralelo al grano o fibra. La carga axial permisible en una columna de madera, que tiene una sección transversal circular, no deberá superar a la de una columna cuadrada que tenga la misma cantidad de área en su sección trasversal, para columnas sencillas macizas L/d no deberá exceder de 50.

Miremos el siguiente ejemplo sobre el caso: Calcular la carga axial permisible para una columna  de 7 x 7 pulgadas, cuya longitud sin soporte es de 12 pies. La columna es de material de madera de pino.

En la tabla anterior, encontramos que para esta clase de madera E= 1900000lib/pulg2 y si buscamos la tabla (VISTA EN EL ARTICULO CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LA MADERA) de resistencia unitaria permisible paralela a la fibra para el pino encontramos que es de 350kg/cm2 equivalente a 1778lb/pulg2. La siguiente formula nos ayuda con el problema:

P =  0,30 x E                       

A     L (al cuadrado)/d

L/d = L(al cuadrado)

               7 pulg

L/d = 12 pies x 12 pulg

                 7pulg

L/d = 20,6 no excede de 50.

P/A = 1778lb/pulg2 = Esfuerzo permisible del pino.

P/A = 0,3 x 1990000lb/pulg2/20,6 x 20,6

P/A = 597000lb/pulg2/424,36

P/A = 1407 lb/pulg2           

El resultado no excede el valor del esfuerzo permisible paralelo al grano que es de 1778lb/pulg2 e igualmente se puede usar para determinar la carga de la columna f x A = P, de la siguiente manera 1407lb/pulg2 x (7pulg x 7pulg) = P.

1407lb/pulg2 x 49pulg2 = P

69 lb = P Que es la carga axial permisible sobre la columna.

Existe otra fórmula que se recomienda para el cálculo de columnas en madera; para el cálculo se recomienda tener en cuenta el pandeo, se expresa de la manera siguiente:

S = F/Tc

F = Esfuerzo a que se halla sometida la pieza.

Tc = Coeficiente de trabajo por compresión.

También interviene un coeficiente K`(prima), llamado coeficiente de pandeo, de esta manera la formula se convierte en:

S = K`prima F/Tc

El coeficiente K` depende de la esbeltez de la pieza que se expresa así:

e = L/i

L = Longitud expuesta al pandeo.

i = Radio de inercia mínimo que es equivalente a:

i = Raíz cuadrada de I/S

I = Momento de inercia de la sección.

El valor de este coeficiente esta dado por las siguientes expresiones:

Para e = L/i = 100     K = 1/1,046 – 0,00693

Para e = L/i > 100     K = 1/3,525 (l/i)al cuadrado.

Cuando se trata de piezas sencillas es común utilizar piezas de madera de sección circular o rectangular, por lo que se calculan diferentes dimensiones y se establecen tablas que facilitan los cálculos.

Las tablas de resistencia de la madera están verificados los cálculos para piezas que pueden ir desde los 140 hasta los 600 centímetros de longitud, teniendo en cuenta un coeficiente de trabajo de 60 kg.cm2.

Por medio de la ayuda de estas tablas se puede calcular fácilmente cualquier pieza sometida a compresión, una vez conocido el esfuerzo que actúa sobre la columna.

De esta forma cuando se tiene un pie derecho que debe resistir un esfuerzo a compresión, esfuerzo que debe actuar en la dirección de su eje, de 29000 kilogramos, teniendo una longitud de 5 metros, buscaremos en la tabla la columna de 500 centímetros, la carga que más se aproxime a la indicada que es 29,10 que corresponde a una escuadría o sección de 28 x 28 centímetros.

Para las piezas de sección circular también se han establecido las respectivas cargas, en estas se da el diámetro de las piezas conocido el esfuerzo y siempre para un coeficiente de trabajo de 60 kilogramos por centímetro cuadrado.

La fabricación de las columnas es sencilla, pero si se requieren diferentes secciones y sistemas de vigas, por la forma constructiva que se quiera adoptar para cada caso, puede resultar más complicado pues entonces se requerirá de sierras eléctricas.