Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
usadas en Europa como elementos secundarios de las cubiertas (cabios y correas), aunque no son productos muy comunes en Latinoamérica.
Madera laminada encolada (MLE)
La madera laminada encolada (MLE), también conocida como glulam en inglés (glued laminated timber), Figura 4.5.c, se define como un elemento estructural constituido por un mínimo de dos láminas de madera aserrada con la dirección paralela a la fibra, y encoladas entre sí por la cara con adhesivos estructurales; comúnmente, las láminas tienen espesores (t) que varían entre 6 y 45 mm. Muy habitualmente dichas láminas se orientan horizontalmente, lo que es denominado laminación horizontal, aunque también es posible disponer las láminas según su eje fuerte de inercia, refiriéndose en tal caso a una laminación vertical. Cada una de las láminas puede estar unida en las testas mediante uniones dentadas o finger-joints para conseguir la longitud deseada. Las secciones habituales tienen anchuras que varían entre 70 y 250 mm aproximadamente, y cantos de hasta 2 metros o más. Las longitudes estándar de las piezas rectas suelen ser de 13 m, aunque, dependiendo de las instalaciones del fabricante, se fabrican piezas de mayor tamaño (hasta 32 m. aproximadamente) y también piezas con curvatura, lo que se consigue encolando las láminas con cierto grado de humedad y temperatura sobre moldes curvados. El radio de curvatura define el espesor de lámina a utilizar, de modo que, a mayor curvatura menor espesor de lámina. Tal como se mostrará en secciones posteriores, la curvatura influye en las propiedades mecánicas, principalmente cuanto mayor sea la curvatura, mayores son las tensiones residuales que a priori tendremos en el miembro estructural, y también mayores serán los riesgos por tensiones no paralelas.
Dado que la MLE se emplea muy habitualmente en flexión, es relativamente normal emplear láminas de mayor calidad en los bordes flexotraccionados y flexocomprimidos. En este caso se suele referir a MLE no homogénea o combinada para distinguirla de la MLE homogénea, en la cual todas sus láminas tienen la misma calidad estructural. Además, las láminas de calidad superior pueden incluso no ser de la misma especie lo que se denomina como MLE híbrida. Este último tipo de productos híbridos habitualmente debe de tener condiciones de control de humedad muy estrictas tanto en fabricación como en servicio, debido ello a que las tensiones internas generadas por diferentes coeficientes de contracción pueden llegar a ser importantes.
Las ventajas de la MLE frente a la madera aserrada radican en una menor influencia de defectos (homogeneidad), y por tanto resistencia superior, mayor sección y longitud de piezas que se pueden fabricar y versatilidad de formas (curvaturas). La menor influencia de defectos es debida principalmente a 2 circunstancias:
1 Las láminas suelen seleccionarse y recortarse para contener menor cantidad de defectos, o incluso en algunos casos madera totalmente limpia. Esto es posible debido a que las laminaciones longitudinales (finger joints) permiten emplear pequeños trozos de madera.
2 Aun cuando la cantidad de defectos pudiese ser igual que en la madera aserrada, estos muestran una continuidad muy limitada. Es decir, las interrupciones en la rectitud de la fibra se producen de forma más discreta, porque hay bastantes posibilidades de que los nudos de tamaño considerable sean recortados por una laminación, por lo que las zonas de baja rigidez y resistencia se encuentran más localizadas que en la madera aserrada; en otras palabras, la MLE puede considerarse como un producto más homogéneo.
Estas ventajas, unidas con la buena relación resistencia-peso propia de la madera, hacen que sean elementos muy competitivos con otros materiales (como el hormigón y el acero) cuando hay que salvar grandes luces, como por ejemplo cubiertas de edificios públicos o industriales.
Aunque la MLE se suele emplear como elemento tipo viga, en tiempos recientes también se ha empleado para conformar placas de forjado. En estos casos varias vigas de MLE son dispuestas según su eje débil de inercia y encoladas paralelamente. Dada la gran cantidad de madera empleada en este sistema constructivo, cuando la glulam se emplea de esta forma uno se refiere a ella como una técnica de mass timber (madera masiva).
Madera contralaminada (CLT)
Los paneles de madera contralaminada son conocidos internacionalmente como CLT (Kreuzlagenholz, Brettsperrholz, Cross Laminated Timber, CrossLam o Xlam). Normalmente están conformados por tablas de madera aserrada de espesores entre 20 y 40 mm, vinculadas entre sí mediante adhesivos estructurales y colocándose en capas superpuestas unas sobre otras, de modo que la dirección de las tablas en cada capa es perpendicular a la anterior, Figura 4.5.d. Las tablas pueden estar vinculadas entre sí únicamente mediante las caras, o las caras y los bordes. La mayoría de los paneles están formados por 3, 5 o 7 capas, aunque pueden ser más, siendo simétricos desde la capa central. Los espesores de panel varían en función del espesor de la tabla y de la cantidad de capas, situándose habitualmente entre los 51 y los 400 mm. El ancho y el largo del panel se define en función de cada proyecto, y depende de la capacidad de prensado de la industria que lo fabrica, siendo las dimensiones máximas actuales aprox. 3.5 · 18 m. Esto genera un producto de ingeniería en madera sólido que permite su utilización en forjados, cubiertas y muros de carga en edificación. Generalmente, estos paneles se realizan con madera de coníferas, provenientes de bosques con gestión silvícola4.3 para su explotación comercial. Estas especies son seleccionadas debido a su facilidad de mecanización y a su bajo costo, aspecto fundamental para la competitividad del sistema ya que utiliza un gran volumen de madera.
Aunque la mayoría de CLT se produce por encolado, existen también otras variantes. Así, por ejemplo, existe CLT cuyas capas se unen mediante clavos, pasadores y pernos, estos dos últimos pudiendo incluso ser producidos a partir de una madera de mayor calidad, habitualmente una frondosa como el haya. El CLT unido mediante conectores mecánicos se caracteriza por tener una rigidez considerablemente inferior al encolado, y también por disponer capas diagonales que tratan de arriostrar los conectores, limitando la caída de rigidez. Es relativamente habitual observar CLT con espesores no constantes, especialmente cuando se espera que el esfuerzo mayoritario ocurra en una dirección; en ocasiones hasta el 80% del material puede estar dispuesto axialmente en muros, mientras que el 20% se dispone horizontalmente. En cualquier caso, al igual que en el resto de compuestos laminados (teoría clásica de laminación), la disposición de láminas idealmente debe ser simétrica (las capas y espesores muestran simetría de espejo respecto centro geométrico) y balanceada (la angulación de cada lámina de la parte superior tiene su contraparte en la zona inferior). La simetría permite desacoplar la respuesta del plano respecto de los esfuerzos a flexión, esto significa que un esfuerzo de flexión apenas produce deformación en el plano y viceversa. Por su parte, el balanceado permite desacoplar la respuesta axial respecto de la cortante; el CLT no sufrirá deformación de cortante al solicitarse axialmente y viceversa. Además, el balanceado tiende a desacoplar también la flexión de la torsión, de modo que un momento flector tan sólo tiende a producir un pequeño momento torsor. En definitiva, la estabilidad mecánica es claramente superior con simetría y balanceado, y por ello, el número de capas tiende a ser impar lo que ocurre habitualmente con otras configuraciones de productos de ingeniería ‘por capas’, tales como el terciado (ver secciones posteriores), aunque lógicamente se observan excepciones a esta regla.
Es también relativamente habitual emplear una capa de hormigón de aproximadamente unos 4 cm sobre el CLT para mejorar las propiedades de aislamiento acústico y vibraciones. En este caso el hormigón puede estar conectado al CLT mediante encolado o algún tipo de conector mecánico capaz de transmitir los esfuerzos cortantes, muy habitualmente tornillos dispuestos con una inclinación de 45°, los cuales tienden a ser prefabricados y mecanizados antes de aplicar la mezcla de hormigón en obra.
Una de las principales ventajas del CLT reside en una elevada rigidez lateral, lo que permite la realización de edificaciones de mediana a gran altura, cumpliendo con los restrictivos límites de desplazamiento entre piso o drift que se estipulan en la mayoría de normativas internacionales. Por otra parte, la influencia de los defectos es incluso menor que en la MLE dada la gran masividad del producto, por lo que en principio es posible emplear maderas de inferior calidad, especialmente en las capas centrales; este aspecto podría ser muy importante para países productores de especies de rápido crecimiento, tales como los países de Latinoamérica. La masividad también le atribuye a este producto una resistencia al fuego muy elevada —se han