Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
y la MLE, el CLT muestra una gran estabilidad dimensional ya que los cambios dimensionales transversales de una lámina son contrarrestados por la estabilidad longitudinal de la lámina vecina.
4.6 Productos de fibras y partículas de madera
Tableros de fibras
Los tableros de fibras, Figura 4.4.c, están fabricados a partir de fibras de madera, mediante un proceso mecánico de desfibrado. Se clasifican, en función de su densidad, en tableros de densidad media (MDF, Medium Density Fibreboard), con una densidad aproximada de 600 Kg/m3, o tableros de alta densidad (HDF, High Density Fibreboard), con una densidad mayor a 800 Kg/m3. Los MDF son fabricados a partir de la unión de las fibras mediante adhesivos y un proceso de prensado en caliente, y sus aplicaciones están asociadas a la carpintería y mobiliario principalmente. Los HDF se caracterizan por no usar adhesivos en su proceso de fabricación, sino que las fibras se entrelazan a través de sus propiedades termoplásticas mediante el prensado. Las aplicaciones son más diversas: mobiliario, industria del automóvil, juguete o calzado, aislamiento, etc. Finalmente, también existen paneles “blandos” de fibras de madera (LDF, low density fiberboard), cuyas densidades se sitúan en torno a los 100-200 kg/m3. Al igual que los anteriores, estos paneles no emplean adhesivos en el proceso de fabricación. Sus principales aplicaciones son como elemento aislante, ya que sus propiedades térmicas son parecidas a las de los materiales derivados del petróleo que se emplean más habitualmente. El uso de este tipo de paneles de aislamiento es muy habitual en Centroeuropa.
Tableros de partículas
Los tableros de partículas, Figura 4.4.d, están formados por varias capas de partículas de madera de unos pocos mm de espesor y longitudes de hasta 30 mm, secas y posteriormente encoladas y prensadas. Los espesores habituales del tablero varían entre 3 y 50 mm. El uso de prensas continuas permite obtener cualquier longitud, quedando limitada la anchura a la de la prensa. La densidad habitual ronda los 650 Kg/m3.
Los tableros de partículas se clasifican en 7 tipos, siendo los P1, P2 y P3 tableros no estructurales, y entre P4 y P7 los tableros estructurales para diferentes usos en función de la humedad ambiente. Si bien las propiedades mecánicas de estos productos son muy homogéneas, se pierde la calidad de “fibra” por lo que las resistencias son mucho más bajas que un tablero de terciado o OSB. La ventaja de estos productos radica principalmente en su precio, y la ventaja de poder emplear maderas y trozos de madera de baja calidad, incluso madera reciclada.
4.7 Productos de virutas de madera
Parallel strand lumber (PSL), Laminated strand lumber (LSL) y Oriented strand lumber (OSL)
Los PSL, Figura 4.7.a, son productos formados por virutas de madera, con una relación longitud-espesor de aproximadamente 300, orientadas de forma paralela, encoladas y prensadas, para formar vigas, postes y otros elementos estructurales. Las secciones habituales de las vigas cuentan con anchuras de hasta 180 mm y cantos de hasta 500 mm aproximadamente.
En función de la relación longitud-espesor de las virutas, se definen otros productos similares, como son el LSL (Laminated Strand Lumber) cuya relación es de aproximadamente 150, y el OSL (Oriented Strand Lumber) con una relación de 75, Figuras 4.7.b y 4.7.c, respectivamente. Estos tres productos, junto con el LVL, suelen ser agrupados en literatura de habla inglesa como structural composite lumber (SCL).
Tableros de virutas orientadas (OSB)
Los tableros OSB (Oriented Strand Board), Figura 4.7.d, están formados por varias capas de virutas de madera, orientadas de tal modo que, en cada capa, las virutas estén orientadas (aproximadamente) de forma ortogonal a la siguiente capa. Las virutas se encolan con adhesivos y se prensan en caliente para conformar el tablero. Las dimensiones habituales son 1,22 x 2,44 m y los espesores oscilan entre 6-28 mm. Su densidad varía con la especie de madera utilizada, pero suele rondar los 650 Kg/m3. Existen cuatro tipos de tableros OSB, siendo los comprendidos entre los tipos 2 y 4 los considerados estructurales y variando su aptitud en función del contenido de humedad ambiental donde se coloquen. Los usos más comunes son como cerramientos de paredes y cubiertas.
figura 4.7 Productos fabricados a partir de virutas de madera.
4.8 Productos compuestos
Existen multitud de productos compuestos de madera y celulosa. Tal como resulta habitual en cualquier tipo de material compuesto, la composición de diferentes materiales dentro del mismo producto se fundamenta en aprovechar las principales ventajas de cada producto. Por ejemplo, en la fabricación de vigas en I es habitual combinar el OSB en el alma por su gran resistencia al corte, con el LVL por su gran resistencia axial en las alas. En los productos de ingeniería de madera, dichas combinaciones son muy factibles debido a la facilidad de unión ya sea mediante encolado o uniones mecánicas. En el libro “Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Parte I” se dedica un capítulo al diseño y cálculo de algunos de los elementos compuestos más habituales.
Nótese que existe una gran cantidad de elementos compuestos, y las combinaciones posibles son prácticamente infinitas. En esta sección se describen brevemente únicamente las combinaciones más comunes desde el punto de vista material, una descripción más detallada de los productos compuestos se detalla expone en el capítulo referente a la construcción.
Vigas I
Las vigas I (I-joists)4.4 están compuestas habitualmente por alas de madera aserrada o LVL y alma de contrachapado o OSB, entre otros. Los anchos de viga varían entre 38 y 89 mm y los cantos entre 241 y 508 mm aproximadamente, con longitudes habituales hasta 20m, ver una ilustración en Figura 4.8.a.
Compuestos madera-hormigón
Denominados en inglés como timber-concrete composites son elementos estructurales que combinan la madera y el hormigón para la creación de un compuesto que, en la mayoría de los casos, trabaja solidariamente, ver Figura 4.8.b. En su conformación pueden usarse vigas de madera aserrada u otros productos de ingeniería de madera, unidos mediante conectores metálicos, a una capa de compresión de hormigón. Son principalmente usados en forjados, aunque también pueden usarse en muros.
Wood plastic composites (WPC, compuestos de madera-plástico)
Los compuestos de madera plástico suelen estar formados por aproximadamente 50% de restos de aserrín mezclados con un 40% de termoplástico y 10% de agentes químicos, fundamentalmente compatibilizadores que mejoran la adhesión de la madera al plástico y substancias que facilitan la manufactura. Los termoplásticos, a diferencia de los plásticos termoestables, son plásticos que reblandecen con la acción del calor y se endurecen al enfriar de forma reversible, lo que permite fundirlos y mezclarlos con los restos de madera para su fabricación mediante procesos de inyección, extrusión y compresión en moldes. El plástico puede ser normal (derivado del petróleo), reciclado o bioplástico (extraído de aceites vegetales), siendo estos 2 últimos mucho más sustentables. Las propiedades positivas por las cuales se emplean estos productos son básicamente durabilidad y estabilidad dimensional superior. Siendo las principales aplicaciones la elaboración de elementos de fachada, elementos muy expuestos, pasarelas en ambiente marino e incluso piezas interiores de automóviles.
| figura 4.8 Principales productos compuestos de ingeniería de madera habitualmente empleados en la construcción. |
Las principales desventajas de los WPC son una pronunciada reología (creep) propia de los termoplásticos (muy sensibles a la temperatura) y reducida capacidad estructural, por lo que su uso en la práctica es mayormente no-estructural o semi-estructural. La capacidad estructural puede ser incrementada sustancialmente al emplear fibras en lugar de aserrín, producto que habitualmente es más referenciado con el término compuestos reforzados con fibras naturales (Natural Fiber Reinforced Polymers, NFRP) en lugar de WPC, aun cuando las fibras que se emplean son de madera. La determinación de las propiedades físicas y mecánicas de estos compuestos se realiza en Chile según la norma NCh3177:2008.
Natural