QUE ES MADERA ESTRUCTURAL.

MADERA ESTRUCTURAL

Es un material natural, de poco peso y buena resistencia, pero de propiedades mecánicas muy variables. Aunque es combustible, sus propiedades mecánicas no se afectan con el fuego, como sí ocurre con los materiales metálicos como el acero y el aluminio. Es muy susceptible a los cambios de humedad y al ataque de insectos; sin embargo esta desventaja puede eliminarse con tratamientos químicos adecuados mediante el proceso de inmunización.

Aunque la madera ha sido un material muy abundante , su uso se ha dedicado principalmente a la carpintería para muebles o acabados arquitectónicos, a la exportación, y como combustible en las regiones rurales y semi-urbanas. La madera como material estructural se usa poco e inadecuadamente en muchos países. En países como clombia no hay una cultura ingenieril bien difundida para el uso de la madera como material estructural con buen conocimiento de los métodos y elementos de unión de los elementos.

Existen algunos pocos diseñadores y constructores en el país que sí aprovechan eficientemente las propiedades estructurales de nuestras maderas y algunos arquitectos que las usan ampliamente.

Tal vez debido a la popularización del acero en las estructuras de techos, se abandonó la práctica constructiva con madera. Aún existen ejemplos importantes de cubiertas soportadas por grandes arcos y cerchas de madera en nuestras ciudades. Edificaciones construidas en una época en que la tecnología de protección y manejo de la madera era precaria, son un ejemplo del uso y aprovechamiento de la madera como material estructural, para las actuales y futuras generaciones de ingenieros y arquitectos.

La tecnología actual propone maderas laminadas que ofrecen resistencia y durabilidad, con longitudes y anchos bastante variados, para la utilización en cualquier tipo de construcción.

CLASIFICACIÓN DE LAS MADERAS ESTRUCTURALES

La clasificación de las maderas estructurales de acuerdo a la NSR-98 se hace en función de la densidad básica (Db).

El grupo A corresponde a las maderas de mayor resistencia, con densidades en el rango de 710 a 900 kg/m3.

El grupo B corresponde al intermedio, con densidades entre 560 y 700 kg/m3.

El grupo C es el de menor resistencia, con densidades entre 400 y 550 kg/m3.

Teniendo en cuenta que el peso de la madera varia con el contenido de humedad, se define la densidad básica (Db) como la relación entre la masa seca (anhidra) y el volumen húmedo de la muestra. Las especies de un mismo grupo se supone que reúnen individualmente las características del grupo, pero no siempre tienen características similares de trabajabilidad y durabilidad naturales. Puede decirse que para especies con densidades superiores a 800 kg/m3 la madera no requiere tratamientos preservadores.

 

MADERA LAMINADA (gluelam) :

Está constituida por láminas o duelas de espesor pequeño, de longitudes diversas, ensambladas mediante uniones múltiples, tipo «finger joints», y pegadas unas a otras, para la obtención de elementos macizos de sección rectangular. Este sistema permite obtener elementos de características superiores a las maderas tradicionales, debido a la eliminación de defectos en las duelas. Por el proceso de fabricación, que no permite continuidad en la fibra, se obtienen elementos más estables dimensionalmente y con menores deformaciones. Es un material adecuado para conformar las estructuras de las cubiertas de espacios con grandes luces, más liviano y resistente que la madera original, con una relación resistencia a peso superior. Se puede trabajar en distintas formas, siendo las más usuales la viga, el arco triarticulado y los marcos; se pueden obtener elementos de cualquier longitud y sección.

La laminación permite la construcción de vigas con sección variable, que responden a la variación de los momentos y por ende de los esfuerzos, concentrando mayor cantidad de material en las zonas de tensión y compresión de la viga, dejando la zona intermedia de la sección con menor cantidad de material (más estrechas) o con maderas de menor calidad.

Aunque las gluelam ofrecen grandes ventajas sobre las maderas aserradas, tienen algunas desventajas asociadas a su uso. Puesto que el proceso de pegado requiere un control de calidad estricto y cierto grado de sofisticación tecnológica, es necesario contar con personal especializado e instalaciones que permitan una manufactura con buen control de calidad. Esto hace que las maderas laminadas sean en general más costosas que las maderas aserradas. Cuando se comparan las maderas comerciales de longitudes semejantes, la madera laminada no es competitiva económicamente frente a la madera aserrada. Sin embargo, la madera laminada le ofrece a los diseñadores estructurales y arquitectos constructores una opción útil e importante para planear construcciones de madera de grandes dimensiones.

Aunque ha sido un material poco usado en el país, existen algunas estructuras importantes, importadas, como los arcos triarticulados que soportan los pabellones de la Feria de Exposiciones (Corferias) y el Laboratorio de Modelos Hidráulicos en la Universidad Nacional en Bogotá. Recientemente, se han empezado a producir en colombia, elementos en madera laminada, a partir de duelas de variedad pino pátula, para algunas estructuras, con vigas de secciones desde 10x20 cm hasta 70 cm y arcos y marcos. Aunque el costo es superior a los sistemas tradicionales, el peso reducido y la apariencia estética de los elementos la hacen más popular en auditorios o sitios de reunión, en los cuales las condiciones estéticas son importantes.


La madera laminada es considerada como uno de los materiales de mejor comportamiento y más seguros frente al fuego, en caso de incendio. Aunque tiene una mala reacción frente al fuego, sin embargo su resistencia al fuego es excelente, garantizando un tiempo suficiente para obtener la evacuación de bienes y vidas. Este tiempo es conocible desde el proyecto, por lo que puede predecirse su comportamiento. Con otros materiales no es previsible el comportamiento del edificio frente al fuego. La formación de una costra de carbón de madera en la superficie de la madera, disminuye la conductividad térmica, protegiendo de la combustión al elemento de madera por un tiempo relativamente largo, manteniendo su estabilidad estructural. Los elementos de materiales de alta conductividad, como el acero, aluminio, pierden rápidamente sus características estáticas, si no son protegidos suficientemente por costosas capas protectoras, en caso de aumentos de temperatura.

POTENCIAL DE LA MADERA LAMINADA EN COLOMBIA

La Madera Laminada es un material versátil, que se forma con piezas de madera, unidas con adhesivo, por sus extremos y caras, de manera tal que las fibras queden paralelas al eje del elemento. De esta forma se pueden obtener elementos, que no están limitados en cuanto a su sección transversal, longitud o forma. Por razones de secado y economía, fundamentalmente , se ha llegado a la conclusión de que el espesor de las láminas no debe ser inferior a 19 mm ni sobrepasar los 50 mm. Si las láminas son paralelas al plano de flexión del elemento, se dice que la laminación es "horizontal" y cuando estas son normales al plano neutro de flexión se dice que la laminación es "vertical.

Durante muchos años la laminación fue utilizada en la fabricación de muebles, artículos deportivos, etc. Luego comenzó a ser utilizada en el área de la construcción, durante la primera década del siglo pasado. Actualmente, constituye un elemento importante en las estructuras, sobretodo en grandes luces, siendo aptas para una extensa gama de aplicaciones, ya que con ellas es posible crear estructuras estéticamente agradables y con bastantes posibilidades de diseños arquitectónicos.

El prejuicio que existía contra las estructuras de madera laminada era, por sobre todo, desde el punto de vista de su durabilidad, dado que en un comienzo el encolado era basado en colas orgánicas, sensibles a la humedad y el agua. Posteriormente fue cediendo lugar a una gran confianza a partir de la Segunda Guerra Mundial. Esto se debió, principalmente, a los excelentes adhesivos que se lograron obtener y al alto nivel de práctica alcanzado en las faenas de encolado, especialmente en la industria aeronáutica. La historia de la madera laminada esta íntimamente ligada con el avance tecnológico de los adhesivos

El límite en la utilización de elementos laminados está en la mente creativa de los diseñadores, ellos encuentran en este material infinitas alternativas para cubrir grandes áreas en una forma rápida y económica. La versatilidad del material permite lograr diseños rectilíneos con formas geométricas simples adecuados para sistemas múltiples de almacenamiento o edificios de varios pisos. Las formas curvas tipo túdor permiten formar en un solo elemento las columnas y las vigas de techo. El sistema gótico se puede lograr con arcos seccionados fáciles de fabricar, transportar e instalar ya que se unen con acoples metálicos.

Las mayores limitaciones, en el caso de Colombia, se encuentran en la industria maderera, en las especificaciones de las carreteras y en la falta de conocimiento de los constructores respecto a las ventajas y posibilidades de estos materiales constructivos.

El consumo de madera aserrada anualmente alcanza un promedio superior a los 80.000 metros cúbicos en Francia solamente.
Por otra parte surgen también inconvenientes relacionados con la falta de una oferta de madera de buena calidad y características homogéneas, con la iniciativa empresarial y con el desarrollo tecnológico del sector industrial maderero.
Pero además del uso estructural, la madera laminada también tiene su espacio en el uso decorativo de fachadas y en interiores en escaleras y similares.
Como resultado de la producción de láminas continuas, en teoría resultan factibles secciones transversales y largo de vigas no limitados. Es así como en los países desarrollados se han llegado a producir, en casos excepcionales, vigas de Madera Laminada Encolada con alturas de 2.0 m y largos de 20 ó 30 m. Las limitaciones se manifiestan como consecuencia del tiempo abierto de los adhesivos, las dimensiones de las máquinas cepilladoras y de los recintos de producción o sencillamente de la arquitectura. Si las dimensiones de la proyección volumétrica de las vigas de Madera Laminada Encolada exceden de los 16 m en el largo, 1.0 m de altura, se requerirá de procedimientos especiales durante el transporte.

Como consecuencia del proceso productivo, los nudos de las tablas que constituyen las láminas se distribuyen de forma más pareja, dentro del volumen de la viga, lo que resulta en un material más homogéneo que la madera original. La influencia de áreas potenciales de falla singulares debido a la presencia de nudos se ve reducida, resultando en una menor variabilidad de la capacidad resistente y para madera de menor calidad, en resistencias medias altas.


La posibilidad de curvar las láminas individuales con anterioridad al encolado, permite la fabricación de formas de vigas atractivas. Esto hace posible también la imposición de contraflecha en las vigas con el fin de contrarrestar las deformaciones del peso propio. La producción de vigas curvas requiere la adaptación de guías y dispositivos prensores para cada tipo de geometría nueva, por lo que su tiempo de producción resulta mayor que el correspondiente a las piezas rectas. La diferencia de costo resultante depende del número de piezas similares y a menudo resulta despreciable. Las piezas de altura variable se pueden producir por una simple variación del largo de las láminas individuales o por el aserrado de dos piezas de altura variable, a partir de un elemento recto.


 Las tablas se secan en cámaras especiales a un contenido de humedad de, aproximadamente 15%, dado que en la mayoría de las situaciones prácticas, la humedad de equilibrio de la madera usada varía entre un 9% y un 15%. Consecuentemente, el riesgo de daño causado por deformaciones, tales como distorsiones que se producen durante el proceso de la construcción, quedan prácticamente eliminados.
El secado de las láminas y el proceso productivo permiten, además, la fabricación de vigas de Madera Laminada encolada con dimensiones muy precisas. En un momento en que los conceptos de prefabricación e industrialización constituyen paradigmas para las empresas constructoras, las pequeñas tolerancias resultan de suma importancia para el uso y fabricación de piezas prefabricadas de diferentes materiales, de manera que la precisión dimensional puede constituirse en un factor determinante en la opción preferencial por el uso de Madera Laminada encolada aún en situaciones en que la madera aserrada hubiera resultado suficiente, en términos de resistencia y rigidez. En relación con el mayor uso del diseño asistido por computadora (CAD), y de las máquinas de terminaciones controladas computacionalmente, la precisión dimensional va adquiriendo, gradualmente mayor importancia.


 El adhesivo permite el uso de tablas cortas y angostas que, unidas eficientemente, pueden conformar piezas estructurales de cualquier espesor, ancho, largo y de formas no restringidas



DESVENTAJAS:
Comparadas con la madera sin laminar, los elementos de Madera Laminada son más costosos, especialmente las vigas rectas. Pero en este último tiempo, debido a las exigencias de protección del medio ambiente, en particular del bosque nativo, esta situación se ha ido remitiendo, principalmente, para luces superiores a los 4,6 m. El factor económico comprende tres rubros: adhesivos, mano de obra, infraestructura y madera. Lo mas caro es la madera, luego la mano de obra y por último el adhesivo.

Durante el proceso productivo se produce una pérdida considerable en la materialización de estos elementos estructurales, tanto en madera como en adhesivos, como consecuencia de la preparación de las láminas y de las uniones de externo, de los procesos de cepillado y terminaciones.

Se necesita, para la fabricación de Madera Laminada encolada equipos (Horno de secado, sierra huincha, cepilladora, entre otras), y técnicas especiales. Los equipos son caros, se debe conocer el proceso y contar con mano de obra especializada.

Como no es conveniente fabricarlos en obra, se fabrican en plantas industrializadas, y en los casos de elementos de gran longitud y gran curvatura, hay dificultades de manipulación, embarque y transporte, lo que incide en el costo final de la Madera Laminada.

El adhesivo debe estar condicionado al uso que se va a dar al elemento. Así, los adhesivos que se requieran para estructuras que van al exterior son costosos, en comparación a los de uso interior, debido a que los primeros en Chile hay que importarlos.

La posibilidad de curvar las láminas individuales con anterioridad al encolado, permite la fabricación de formas de vigas atractivas. Esto hace posible también la imposición de contraflecha en las vigas con el fin de contrarrestar las deformaciones del peso propio. La producción de vigas curvas requiere la adaptación de guías y dispositivos prensores para cada tipo de geometría nueva, por lo que su tiempo de producción resulta mayor que el correspondiente a las piezas rectas. La diferencia de costo resultante depende del número de piezas similares y a menudo resulta despreciable. Las piezas de altura variable se pueden producir por una simple variación del largo de las láminas individuales o por el aserrado de dos piezas de altura variable, a partir de un elemento recto.

VENTAJAS DE LA MADERA LAMINADA

La madera laminada ha permitido ampliar la gama de usos de la madera en donde se resaltan sus cualidades estéticas, físico-mecánicas y de durabilidad. Por otra parte, ha permitido la producción de elementos estructurales de forma, tamaño, funcionalidad y creatividad no logrados con la simple madera maciza, e incluso, con materiales tradicionales.

A continuación se presenta un listado de algunas ventajas de estos elementos estructurales, ya que un listado mas completo depende de su imaginación y de aplicaciones mas especificas.

• Economía: Estos elementos permiten cubrir grandes luces sin necesidad de paredes interiores o columnas. Además, son elementos decorativos que evitan acabados costosos como falsos techos.

• Seguridad ante situaciones eventuales de incendios, sobrecargas o movimientos telúricos: Por su sección transversal relativamente grande se queman muy lentamente y resisten la penetración del calor porque forman una capa superficial de carbón, de tal manera que conserva su resistencia mecánica. A su vez, en comparación con otros materiales no se expande o deforma con el calor. Las vigas laminadas por su capacidad de resistir sobrecargas y absorber cargas de impacto son muy seguras ante vientos fuertes y terremotos.

• Durabilidad: Siempre y cuando el diseño y la construcción hayan observado los principios básicos de protección contra la humedad, la pudrición y el ataque de insectos. Muchas maderas gracias a su propia durabilidad natural se han mantenido en servicio por siglos. Para aumentar tal durabilidad existen productos y tratamientos preservantes muy eficaces.

• Facilidad de instalación: Ya que estos elementos son prefabricados en las plantas procesadoras y llegan a la obra listos para ser colocados. Su instalación se hace con mano de obra local o con la ayuda de grúas o implementos manuales.

• Resistencia: química de la madera ya que esta se considera inerte y por lo tanto no sufre cambios químicos ni deterioración en condiciones normales de trabajo. La madera es resistente a ácidos, óxidos y otros agentes corrosivos. Por eso su mayor aplicación en Francia es en construcciones agrícolas e industriales.

• Propiedades físicas y mecánicas únicas: Por ejemplo, su resistencia le permite absorber choques o golpes que podrían romper o quebrar otros materiales. La madera puede resistir cargas repetitivas sin fatigarse ya que su límite está por encima de los niveles de esfuerzo normales de diseño. Además, posee excelentes cualidades de aislamiento térmico y eléctrico y bondades acústicas especiales. Los acabados permiten realzar sus texturas, veteados y colores. Una viga laminada en madera es en promedio cinco veces más liviana que una en concreto.

• Grandes luces: hasta de 100 metros han sido cubiertas con vigas laminadas curvas en forma de arco, parábolas o cúpulas. Técnicamente aun sería posible cubrir luces mayores siempre y cuando se garantice una adecuada repartición de cargas en los cimientos.

• Eficiente utilización de recursos naturales: ya que las laminas agrupadas según su resistencia son todas utilizadas en la misma viga. Las de mayor resistencia se colocan en las áreas de alto esfuerzo y las otras hacia el centro donde los esfuerzos son menores. Esta distribución garantiza abastecimiento permanente de materia prima, la cual por otra parte, proviene de un recurso natural renovable con un inmenso potencial industrial.

• Ahorro de consumo de energía: ya que para convertir madera desde su estado de materia prima a un producto listo para el consumo industrial requiere menos combustible que cualquier otro material comparable en la industria de la construcción. La producción de una tonelada de madera requiere cerca de 430 kilowatios hora de electricidad o su equivalente, mientras que la producción de una tonelada de acero necesita 2.700 KWH y una tonelada de aluminio 17.000 KWH de electricidad.

• La tecnología: de la madera laminada esta a disposición de los constructores e industriales en forma de guías practicas, especificaciones técnicas y manuales especializados.

Las desventajas de la madera laminada dependen todas de la inadecuada fabricación, el diseño constructivo y el mantenimiento. Estas desventajas tienen que ver, mas que todo, con la higroscopicidad de la madera que facilita la emigración del agua desde los extremos de las vigas favoreciendo las manchas y ataque por hongos

FABRIACION DE VIGAS EN MADERA LAMINADA.

Entre las múltiples posibilidades industriales de la madera laminada se encuentran las vigas laminadas, es decir, aquellos elementos resistentes cuya principal aplicación se encuentra en techos, puentes y otras porciones estructurales de edificios como torres y construcciones marinas.

Las maderas más utilizadas son coníferas como pinos (Pinus pinaster, Pinus sylvestris, Pinus pátula, y pinos del sur), Douglas-fir y redwood, también se utilizan maderas duras como los robles. La homogeneidad de la madera es muy importante para disminuir esfuerzos internos sobre todo cuando la viga queda expuesta a los cambios de humedad del medio ambiente. Por lo tanto, la viga se deberá fabricar con madera de la misma especie o de especies de similares características de contracción. Así mismo, las tablas deberán tener el mismo rango de contenido de humedad y, en lo posible, el mismo patrón de aserrado para evitar esfuerzos internos que resultan en cambios de forma o agrietamientos.
Como para cualquier otro proceso industrial la madera se asierra en forma de tablas a un mismo espesor, entre 2 a 3 centímetros, se seca por medios tradicionales, a un contenido de humedad un poco menor al correspondiente a la humedad de equilibrio del lugar en donde se va a utilizar. Si la estructura va a quedar expuesta a condiciones de alta humedad o al ataque de agentes patógenos, seria aconsejable aplicar a las tablas un proceso de inmunización por inmersión o vacio presión según necesidad.

Posteriormente, se somete cada tabla ya seca a una clasificación estructural por medios mecánicos o por apreciación visual. Es probable que en la misma tabla haya porciones de diferentes calidades resistentes, en cuyo caso, se procede a seccionarlas y agruparlas según su capacidad estructural. Las tablas o secciones de tablas de un mismo grado estructural se ensamblan en tiras largas de tal forma que cada tira tiene similares características resistentes.
Los ensambles longitudinales se hacen por el sistema de finger joing .

Definidas las características de las vigas, tanto en su forma como en lo largo, ancho y espesor se procede a preparar las láminas a ensamblar. Las superficies, tanto de los cantos como de las caras de las tablas, deben ser lisas y uniformes para permitir una buena adherencia entre ellas.



Al mismo tiempo, se prepara el pegante o adhesivo según las recomendaciones del fabricante y el tipo de uso de la estructura, es decir, bajo techo o a la interperie. Los adhesivos mas utilizados para condiciones bajo techo son aquellos con base en urea formaldehído. Sin embargo, la cola mas utilizada es el resorcinol formol porque es neutra a agentes químicos, resistente al fuego e insensible a la humedad después del encolado. Exige madera con un contenido de humedad inferior al 12 por ciento y superficies muy uniformes.

La aplicación de la cola, aunque antes se hacia manualmente, se aconseja hacerla por medios mecánicos para asegurar una distribución uniforme y homogénea sobre cantos y caras de cada lámina. El prensado se hace con prensas manuales, hidráulicas o neumáticas. Para favorecer el fraguado de la cola, la formación y prensado de la viga se hace en cuartos climatizados entre 20 y 40 grados centígrados. La duración del prensado depende del tipo de pegante utilizado, de las dimensiones de la viga y la temperatura y humedad del medio ambiente. Se debe procurar un prensado uniforme y una presión constante durante el tiempo de fraguado de la cola.

El acabado de la viga consiste en un pulido de las superficies para retirar los residuos de la cola y dar uniformidad. En muchos casos se aplican inmunizantes, generalmente óleo solubles, los cuales tienen además, un efecto de impermeabilización. Finalmente se aplican productos de acabado como barnices y lacas.

MADERA LAMINADA.

Soluciones prácticas a la estética y económica.
Una solución económica, de fácil instalación y terminación.


con propiedades físicas y mecánicas únicas, elementos de gran resistencia y durabilidad.
Una forma eficiente de utilizar los recursos naturales y manera creativa de llenar de vida cualquier espacio. La tecnología y la estética al servicio del hombre.
La madera laminada ha permitido ampliar la gama de usos de la madera en donde se resaltan sus cualidades estéticas, físico-mecánicas y de durabilidad. Por otra parte, ha permitido la producción de elementos estructurales de forma, tamaño, funcionalidad y creatividad no logrados con la simple madera maciza, e incluso, con materiales tradicionales.

La madera laminada es un producto compuesto por piezas de madera maciza unidas con un adhesivo. La madera puede ser en forma de chapas o en forma de tablas. En la madera laminada cada uno de los componentes se alinea en tal forma que el grano o las fibras quedan dispuestas en sentido paralelo, a diferencia de la madera terciada, en la cual cada capa se entrecruza en ángulo recto.



Inicialmente se unieron piezas pequeñas de madera para fabricar laminados destinados a partes de muebles o artículos deportivos pero actualmente, se lamina madera para uso estructural, especialmente para grandes construcciones. Iglesias, gimnasios, hangares, fábricas, bodegas, coliseos cubiertos, puentes, edificios, son entre otras, las obras más comunes.

Los elementos laminados estructurales se diseñan para cubrir grandes luces y soportar grandes cargas, por eso su forma puede ser curva o rectilínea y su sección transversal usualmente tiene forma rectangular.

Desarrollo Histórico

El arquitecto Francés Philibert Delorme quien construyó el Palacio de las Tullerias en el siglo XVI, tuvo por primera vez la idea de utilizar madera ensamblada para dar acabados curvos. Tres siglos después, también en Francia, el Coronel Emy imaginó el sistema que lleva su nombre, el cual consiste en vigas laminadas unidas con pernos y correas metálicas, hoy todavía se conservan algunas de ellas. Pero, solamente hasta un poco antes del año 1900, se reporta en Suiza el nacimiento de las vigas laminadas curvas, el suizo Otto Hetzer tuvo la genial idea de remplazar los pernos por un adhesivo natural, tal vez la caseína.

Posteriormente, durante la primera guerra mundial, se mejoró la tecnología de los adhesivos, entre ellos la caseína y se incrementó la fabricación de laminados de madera en la industria de la aviación y la madera estructural para la construcción. En el año de 1934, siguiendo principios de ingeniería se diseñaron vigas en forma de arco para construir un edificio del Laboratorio de Productos Forestales de Estados Unidos.
Durante la segunda guerra mundial, se desarrollaron adhesivos sintéticos, los cuales permitieron dar un nuevo impulso a la madera laminada y su aplicación se extendió a la fabricación de puentes y construcciones marinas, en donde las condiciones de uso exigen alto grado de resistencia a condiciones ambientales muy difíciles.
Hoy en día, en los países de norte América y Europa, la manufactura de laminados estructurales ocupa un importante segmento de la industria de la madera. En Colombia, en la última década, una industria Antioqueña inició la fabricación de vigas laminadas con madera de pino Pátula.