Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
Las laminaciones normalmente tienen un grado de defectos muy bajo, y los acabados de fabricación suelen ser excelentes, por lo que las propiedades mecánicas son tremendamente elevadas. En algunos países, el LVL es una buena alternativa para dar uso a especies que no son tan habitualmente empleadas con fines estructurales debido a que las laminaciones son muy finas, lo que permite el uso de troncos más irregulares, pequeños, con mayor dificultad de secado, etc. Un ejemplo se encuentra en Alemania, donde tienen una gran disponibilidad de haya; en los últimos tiempos se está impulsando la comercialización de LVL de haya, el cual tiene propiedades mecánicas realmente sobresalientes. Por ejemplo, si bien la resistencia última al aplastamiento perpendicular de la madera común con fines de diseño se puede estimar entorno a los 3 N/mm2, la resistencia del LVL de haya puede llegar a los 18 N/mm2.
En Latinoamérica, el LVL tiene una presencia muy minoritaria. Sin embargo, este producto, al igual que otros productos de ingeniería de madera con mayor elaboración, podría adquirir un mayor protagonismo en el futuro si se incrementase el grado de industrialización. Por lo general los productos más homogéneos como el LVL, y también aquellos más masivos como el CLT, permiten emplear madera de una calidad de partida relativamente baja. Este es el caso de muchas maderas de rápido crecimiento en Latinoamérica; existe una gran disponibilidad y renovación del recurso, como para generar mass timber, y las maderas tienen habitualmente resistencias ligeramente inferiores a los ejemplares homólogos de climas más fríos.
Tableros de contrachapado (terciado o plywood)
Los tableros contrachapados (plywood, multilaminado o terciado), Figura 4.4.b, al igual que el LVL, son productos fabricados a partir del encolado de chapas de debobinado de fustes de madera, pero que, en este caso, se encolan de modo que la orientación de la fibra de cada chapa con respecto a la contigua sea de forma ortogonal. Las medidas de estos productos son de 1,22 x 2,44 m2 de superficie y los espesores varían habitualmente entre 3 y 36 mm. De forma similar al mass LVL también es posible fabricar mass Plywood, siendo su estructura muy similar al CLT, pero con menor espesor de lámina. De forma progresiva, el terciado ha ido perdiendo protagonismo frente al OSB para la ejecución de muros de corte de entramado ligero, debido fundamentalmente al menor precio de este último. El uso del terciado en la actualidad suele estar asociado a aplicaciones donde se requiere una mejor calidad visual, puesto que sus propiedades mecánicas son bastante parecidas a las del OSB.
figura 4.4 Productos fabricados a partir de chapas, fibras y partículas de madera.
4.5 Productos de madera encolada
Se consideran productos de madera encolada estructurales, a aquellos que están formados por la unión, mediante un adhesivo estructural (ver 1.9), de piezas de madera aserrada. La característica básica de tal adhesivo estructural, no es otra que la de garantizar que, para un determinado rango de temperaturas y humedades, la rotura mecánica siempre se producirá antes en la madera que en el plano del adhesivo; es decir, como diseñadores podemos suponer que la limitación de resistencia está dada por la madera y no por la resistencia a la delaminación del adhesivo. Es por tanto fundamental, que estos productos tengan un certificado que garantice dicha propiedad de acuerdo al estándar y uso con condiciones ambientales correspondientes. Otra circunstancia que es básica conocer a priori, es que las uniones con adhesivo requieren en la gran mayoría de los casos de un alto grado de perfección para ser efectivas. Es decir, se requiere siempre que la limpieza, preparación de superficies, aplicación, prensado y curado satisfaga estrictamente lo indicado por el fabricante, de otro modo la unión pierde súbitamente su efectividad estructural. Es por ello que el control de calidad resulta crucial para este tipo de uniones.
El encolado suele darse en dos planos de las piezas: en las testas, muy habitualmente mediante una unión dentada (finger joint), aunque otros tipos de uniones también son posibles, y en las caras. Existen principalmente tres familias de adhesivos estructurales: de naturaleza fenólica y aminoplástica (MUF, MF, PRF, UF, etc.); de poliuretano monocomponente de curado en húmedo (PUR) y aquellos basados en isocianato y polímeros de emulsión (EPI).
Las características más importantes de los adhesivos estructurales se resumen a continuación:
1 Fenólicos y aminoplásticos (MUF, MF, UF, PRF, PF, RF): color transparente (MUF, MF, UF) y oscuro (PRF, PF, RF), muy alta resistencia mecánica, muy elevada rigidez, bajo precio (aproximadamente 4,4 USD/kg), uso exterior (RF, PRF, PF), semi-exterior (MF, MUF) e interior (UF). Toxicidad debida a la emisión de formaldehido (cancerígeno), especialmente MF, MUF y UF cuando se encuentran sometidos a ambientes de altas temperaturas y humedades. Las emisiones de estos compuestos se encuentran cada vez más normadas y restringidas. MF, MUF y UF prácticamente no sufren creep. RF, PRF y PF presentan muy poca tolerancia al error de fabricación, lo que significa que la preparación de superficies, grados de humedad, aplicación y curado deben seguir protocolos muy estrictos, para poder lograr encolados con la resistencia estructural esperada. Tiempos de prensado prolongados.
2 Poliuretano (PUR): color transparente, menor resistencia mecánica, mayor precio (aproximadamente 10,7 USD/kg), cura en condiciones húmedas, menores tiempos de prensado, no es tóxico.
3 Isocianato y polímeros de emulsión (EPI): los más comunes suelen ser acetatos de vinilo (PVA), color transparente, alta resistencia mecánica, precio intermedio (aproximadamente 7,7 USD/kg), usualmente poco resistentes a la humedad y altas temperaturas - aplicación interior, muy bajos tiempos de fabricación y prensado, fácilmente trabajable.
Adicionalmente, en algunas aplicaciones tales como refuerzos, se emplean también resinas epoxi, ya que resultan muy fáciles de trabajar y admiten una relativa alta tolerancia al error por lo que es bastante habitual aplicar estos productos en obra, donde es mucho más complicado asegurar las condiciones de aplicación que en planta. Las propiedades mecánicas de estos adhesivos son las más elevadas, pero el coste resulta también muy alto. Finalmente, es importante mencionar que en la actualidad se están ensayando y mejorando adhesivos con base natural, tales como la lignina, que ofreciendo buenas características mecánicas no resultan tóxicos en absoluto y son ecológicamente sustentables. Incluso en la actualidad, algunas investigaciones han tratado de encolar la madera sin adhesivo, lo que se consigue mediante ciertos procesos químicos de polarización.
Los productos estructurales de madera encolada fabricados a partir de tablas de madera aserrada son:
1 Madera maciza con empalmes por unión dentada (finger-joint).
2 Madera maciza encolada (MME).
3 Madera laminada encolada (MLE).
4 Madera contralaminada (CLT).
Ver una ilustración de estos productos en la Figura 4.5.
| figura 4.5 Productos de madera estructural a partir de tablas de madera aserrada, nótese que el CLT y el Brettstapel son a su vez considerados productos madera masiva. |
Madera maciza con empalmes por unión dentada
La madera maciza con empalmes por unión dentada (finger joint) en sus testas, permite conseguir piezas de madera aserrada de sección rectangular y de la longitud deseada, sin estar limitado por la altura del árbol o longitud de la troza. Se consideran piezas de madera aserrada y se clasifican estructuralmente como tal.
Madera maciza encolada (MME)
La madera maciza encolada se conforma por 2 a 5 láminas de madera aserrada de entre 25 y 85 mm de espesor aproximadamente, con las fibras orientadas de forma paralela, y encoladas por las caras. La orientación de las láminas de madera aserrada es en forma vertical, tal y como se muestra en la Figura 4.5.b, con cantos de hasta 250 mm aproximadamente y longitudes de hasta 12-16 m. Cada una de las láminas puede estar formada por varias piezas de madera aserrada unidas por las testas mediante unión dentada. Las piezas de madera maciza encolada más comunes son las conformadas por dos o tres láminas, denominadas “Dúo” y “Trío” respectivamente y, comparado con las piezas de madera aserrada, presentan como