Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
NCh980 y NCh3053. En la determinación de los coeficientes de contracción se contempla además la posibilidad de colapso, lo que genera irregularidades geométricas en algunas especies tras las etapas iniciales de secado por debajo del PSF. Los coeficientes de contracción lineales en R y T de las maderas chilenas se encuentran en el anexo F de la NCh1198.
2.4 Lecturas adicionales
Argüelles Alvarez R, Arriaga Martitegui F, Martinez Calleja JJ (2000) Estructuras de Madera, Diseño y Cálculo. AITIM, España.
Coronel E. (1994) Fundamentos de las propiedades físicas y mecánicas de las maderas. Santiago del Estero, ITM, España.
Hoffmeyer P (1995) Wood as a building material. In: Timber Engineering STEP 1, pp. A4/1-A4/20, Países Bajos.
Forest Products Laboratory (2010) Wood Handbook, Wood handbook-Wood as an engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190, Department of Agriculture, Forest Service, EE.UU.
Neuhaus H (1994) Lehrbuch des Ingenieurholzbaus. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Alemania.
CAPÍTULO 3
LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN
En este capítulo se describen brevemente las propiedades fundamentales de la madera, lo que resultará clave para entender los procesos de diseño y construcción.
3.1 Comparación fundamental cuantitativa
A diferencia del hormigón o el acero, la madera es un material orgánico y natural, siendo así mucho más variable y heterogéneo. Esto conlleva múltiples implicaciones que se comentarán posteriormente. No obstante, algunas de las diferencias cuantitativas fundamentales se muestran en la Tabla 3.1. El análisis de estas diferencias, resulta útil para comprender las particularidades de la madera como material estructural. Las principales observaciones referentes a la tabla que se detallan a continuación.
La madera es 16 veces más ligera que el acero y 5 veces más ligera que el hormigón. Esto implica que las fuerzas laterales generadas como consecuencia de la acción sísmica son muy inferiores en una construcción con madera.
Tiene una rigidez longitudinal 20 veces inferior al acero y 2 veces inferior al hormigón. Sin embargo, para un volumen de material determinado, cada kilogramo de madera aporta una rigidez específica similar a la del acero, y dos veces superior al hormigón. Esto implica que, por lo general, las construcciones con madera son significativamente más flexibles que las de hormigón y acero.
En probetas libres de defectos, la resistencia longitudinal a tracción del acero es tan sólo 2-3 veces superior a la madera, mientras que la madera resiste unas tracciones 31 veces mayores que el hormigón. En compresión longitudinal, el acero resiste 3 veces más que la madera, y esta 1.5 veces más que el hormigón. En flexión, el acero resiste el doble que la madera, y esta 16 veces más que el hormigón. Por tanto, en términos generales la resistencia longitudinal de la madera es ligeramente inferior al acero y muy superior al hormigón.
| tabla 3.1 Comparación cuantitativa de propiedades de acero, hormigón, y especies madereras mayoritarias | |||||
| Propiedad | Acero A36 | Hormigón H30 | Pino Radiata | Abeto Europeo | Abeto Douglas |
| Manufactura del producto | Laminado | In Situ | Aserrado | Aserrado | Aserrado |
| Origen | Chile | Chile | Chile | Alemania | EE.UU. |
| Peso específico (kg/m3) | 7850 | 2320 | 480 | 470 | 510 |
| Rigidez longitudinal (GPa) | 200 | 23,5 | 9,5 | 11 | 12,5 |
| Rigidez longitudinal específica (MPa/kg/m3) | 25,5 | 10,1 | 19,8 | 23,4 | 24,5 |
| Resistencia a la tracción longitudinal (MPa) | 250 | 2,9 | 79 | 88 | 103 |
| Resistencia a la tracción longitudinal específica (kPa/kg/m3) | 32 | 1 | 165 | 187 | 202 |
| Resistencia a la compresión longitudinal (MPa) | 152 | 30 | 40,5 | 49 | 46 |
| Resistencia a la compresión longitudinal específica (kPa/kg/m3) | 19 | 13 | 84 | 104 | 90 |
| Resistencia a la flexión longitudinal (MPa) | 165 | 4,5 | 75 | 70 | 77 |
| Deformación de cedencia longitudinal en tracción (%) | 0,13 | 0,01 | 0,83 | 0,8 | 0,82 |
| Deformación de cedencia longitudinal en compresión (%) | 0,08 | 0,13 | 0,43 | 0,45 | 0,37 |
| Rigidez perpendicular (GPa) | 200 | 23,5 | 0,3 | 0,54 | 0,9 |
| Resistencia a la tracción perpendicular (MPa) | 250 | 2,9 | 2,5 | 3 | 2 |
| Resistencia a la compresión perpendicular (MPa) | 152 | 30 | 8,9 | 6 | 6 |
| Rigidez al cortante longitudinal (GPa) | 79,3 | 10,2 | 0,55 | 0,7 | 0,925 |
| Resistencia al corte longitudinal (MPa) | 144 | 11, 5 | 11 | 7 | 8 |
| tabla 3.1 (continuación) | |||||
| Propiedad | Acero A36 | Hormigón H30 | Pino Radiata | Abeto Europeo | Abeto Douglas |
| Durabilidad (según EN 350) | - | - | No durable o Poco durable | Poco durable | Poco durable o Durable |
| Impregnabilidad (EN 350, en albura) | - | - | Impregnable | Poco o no impregnable | Poco impregnable |
| Conductividad térmica, transversal (W/m∙K) | 51,9 | 0,9 | 0,104 | 0,12 | 0,14 |
| Coeficiente de difusión de la humedad, transversal (1) | 0 | 7∙10−10 | 5∙10−4 | 5∙10−4 | 5∙10−4 |
| Coeficiente expansión térmico longitudinal (1) | 1,2∙10−5 | 1,3∙10−5 | 1,78∙10−5 | 1,78∙10−5 | 1,78∙10−5 |
| Coeficiente expansión térmico perpendicular (1) | 1,2∙10−5 | 1,3∙10−5 | 1,33∙10−4 | 1,33∙10−4 | 1,33∙10−4 |
| Coeficiente contracción lineal longitudinal (%) | 0 | 6∙10−2 | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| Coeficiente contracción lineal tangencial (%) | 0 | 6∙10−2 | 6,7 | 8,2 | 7,6 |
| Coeficiente contracción lineal radial (%) | 0 | 6∙10−2 | 3,4 | 3,9 | 4,8 |
| Precio* (USD/m3) | 11304 | 311 | 400 | 240 | 450 |
| Precio madera laminada encolada (USD/m3) | - | - | 1200 | 430 | - |
| Precio madera contralaminada (USD/m3) | - | - | 1250 | 500 | - |
| * Los precios indicados son orientativos y se refieren al coste total de ejecución. |
En términos específicos, para un volumen determinado, cada kilogramo de madera aporta 6 veces mayor resistencia a la tracción longitudinal que un kilogramo de acero, y 185 veces mayor resistencia que el hormigón. En compresión el aporte específico de la madera es 5 veces superior al acero y 7 veces superior al hormigón. Esto implica que la madera es un material mucho más eficiente para resistir esfuerzos axiales.
La madera es significativamente más flexible; en tracción longitudinal, esta tolera deformaciones elásticas 6 veces superiores al acero y 82 veces superiores al hormigón. En compresión longitudinal la madera es 5 veces más flexible que el acero, y 3 veces más flexible que el hormigón. Este hecho tiene múltiples implicaciones en el diseño. No obstante, es importante notar, que las estructuras de madera toleran deformaciones muy superiores dentro del régimen elástico.
En la dirección perpendicular a las fibras, la madera es muy poco rígida, 40 veces menos que el hormigón y 345 veces menos que el acero. La resistencia a las tracciones perpendiculares de la madera es similar a la del hormigón, lo cual resulta unas 100 veces inferior a la del acero. En compresión, la resistencia de la madera duplica al valor de tracción, no obstante, es 4 veces inferior al hormigón y 22 veces inferior al acero. Por este motivo, en las construcciones con madera se evita en la manera de lo posible, los esfuerzos perpendiculares a la fibra, y es muy importante evaluar su importancia en determinados puntos tales como uniones y centros de curvatura3.1, ya que a diferencia del hormigón la madera se refuerza con mucha menos frecuencia.