Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
los anteriores, con la excepción de que los compuestos celulósicos suelen ser fibras en lugar de partículas y el polímero suele ser de tipo de epoxi. Pese a que se pueden emplear fibras de madera, es muy habitual emplear fibras de otros vegetales de gran disponibilidad y resistencia tales como el lino o el cáñamo. El precio y las prestaciones mecánicas de estos compuestos son superiores a los anteriores. Las aplicaciones estructurales de este tipo de fibras son predominantemente en ingeniería mecánica (p.ej. para fabricación de partes de vehículos), pero no tanto en ingeniería civil, aunque también han sido probados efectos positivos en infraestructura, como por ejemplo para el refuerzo de estructuras de hormigón.
Placas de yeso cartón (drywall, gypsum board, durlock, volcanita)
Es un compuesto no estructural que habitualmente consiste en un elemento tipo sándwich formado por una placa de yeso laminado (interno), el cual resiste relativamente bien las compresiones, y dos capas (externas) de celulosa que aportan flexibilidad a flexión. Una variante también posible es en lugar de formar un material por capas, constituir un compuesto de yeso con fibras de celulosa. En estructuras de madera se emplea fundamentalmente para el revestimiento (interior y en la mayoría de países también exterior) con el fin de aportar resistencia al fuego. La resistencia al fuego de este compuesto es, relativamente a su espesor, muy elevada si se instala sin fisuras (encapsulado), debido a que no es un compuesto inflamable y las moléculas de agua incluidas en la estructura química del sulfato de calcio se evaporan al reaccionar al fuego, lo que otorga una resistencia prolongada a las altas temperaturas. Este producto presenta la desventaja de que admite mucha menor deformación que la madera y es extremadamente frágil, por lo que en zonas sísmicas se han reportado grandes costos de reparación no estructural debida a la falla del yeso cartón (en ocasiones los costos asociados representan más del 90% de la reparación). Sin duda, el aporte de este producto en la rigidez del entramado ligero, y el precio total de la construcción es un aspecto notable a considerar.
CAPÍTULO 5
CLASIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN
CON LA COLABORACIÓN DE: JUAN CARLOS PITER Y ROCÍO RAMOS
(UTN, ARGENTINA), VANESA BAÑO (UNIV. DE LA REPÚBLICA,
URUGUAY) Y LAURA MOYA (UINV. ORT, URUGUAY)
5.1 Clasificación de la madera
A diferencia de la clasificación relacionada con aspectos estéticos, la clasificación por resistencia se fundamenta en determinar la influencia que distintas singularidades y otros defectos ejercen sobre las propiedades mecánicas del material, esto es, sobre la estructura idealizada de la madera que se presentó en la Sección 3.3. Por tanto, la medición de estos parámetros es realizada con el objetivo primordial de determinar su influencia en la resistencia. Este proceso conduce a dividir una población de madera en clases de resistencia5.1, o grupos de dist
inta calidad, sobre la base de un análisis individual de cada pieza estructural, el cual puede ser visual o mecánico. La inspección evalúa el nivel de los parámetros adoptados, y en función de los límites establecidos permite asignar cada pieza a una determinada clase resistente, la cual queda definida por la sección más débil de la pieza, ver Figura 5.1. En consecuencia, si las anomalías que determinan la sección más débil son eliminadas, los trozos de menor longitud en que queda dividida la pieza inicial podrían asignarse a una clase resistente superior que la que le correspondería inicialmente.
| figura 5.1 Principio de clasificación mecánica de la madera según su resistencia a flexión. Cada uno de los distintos tramos de madera que conforman una pieza estructural contiene su propia resistencia y rigidez; la clasificación de la pieza se realiza de acuerdo al tramo que presenta la menor resistencia (basado en Thelandersson y Larsen 2003). |
Los conceptos de diseño estructural modernos, basados en los estados límite últimos de resistencia y de servicio5.2, requieren del conocimiento preciso de los valores característicos de las propiedades mecánicas del material, ver detalles en el Capítulo 7. La consideración de una población de madera aserrada sin clasificar conduce a la obtención de valores característicos muy bajos, como consecuencia de la alta dispersión natural de sus propiedades. Por el contrario, la división de la población original en clases, que constituyen sub-poblaciones de características más homogéneas, permite sacar provecho de las piezas de mayor calidad y a su vez aumentar la confiabilidad. Razones técnicas y económicas son, entonces, las que justifican la clasificación por resistencia de este material.
Asociada a la modernización de los conceptos de diseño y a la conformación de grandes bloques culturales y económicos, existe actualmente una fuerte tendencia para adoptar criterios técnicos de equivalencia internacional. Un claro ejemplo en este sentido es el desarrollo de las normas europeas, las cuales, para el caso particular de las estructuras de madera, acompañan a los criterios de diseño adoptados por el Eurocódigo 5. La norma EN 338 establece un sistema internacional de clases resistentes que permite insertar grados de calidad de distintas especies y procedencias, con la condición de que se satisfagan determinados requisitos generales adoptados por el sistema.
Existen dos sistemas de clasificación por resistencia de madera aserrada y MLE para uso estructural: el visual y el mecánico. Los países con mayor tradición en la temática han desarrollado a través del tiempo sus propios métodos, basados la experiencia y conocimiento de las especies utilizadas. Las máquinas de clasificación permiten evaluar parámetros no percibidos visualmente, e incorporan mayor precisión y velocidad al proceso. Las numerosas normas de clasificación redactadas en las últimas décadas presentan métodos que difieren en los parámetros considerados y/o en la forma de medirlos, pues recogen experiencias propias de cada país o región, y a su vez se orientan a distintas especies y zonas de cultivo.
El fundamento de los métodos adoptados por las normas se encuentra en la existencia de una correlación conocida entre los parámetros adoptados y las propiedades mecánicas. Cuanto más estrecha es esta relación, más eficiente es el método, pues permite dividir con mayor precisión la población inicial en sub-poblaciones constituidas por los distintos grados de calidad elegidos. Para cada uno de ellos es posible entonces determinar los valores característicos de resistencia, rigidez y densidad, los que adquieren niveles más elevados en las clases con límites más exigentes para los parámetros, o sea, con aptitud superior. No obstante, la complejidad del proceso y la cantidad de grados de calidad deben ser evaluadas convenientemente para posibilitar una aplicación real y eficiente de los métodos en los procesos productivos, en la comercialización y en la utilización del material. Carece de sentido entonces, establecer un número elevado de clases si no se cuenta con un método que:
1 Se base en parámetros altamente eficientes.
2 Sea aplicable en forma simple.
3 Produzca un elevado rendimiento económico del material, es decir que la producción quede equilibradamente incluida en las distintas clases.
4 En el caso de la clasificación visual, se cuente con personal especializado que sea capaz de aplicar el método con precisión, rapidez y rigurosidad.
Pese a lo anterior, la realidad actual es que las normas de clasificación son relativamente rudimentarias y están basadas en conceptos muy antiguos. Esto no es de extrañar, pues siempre es complicado implementar innovaciones tecnológicas en industrias tan tradicionales como la de la construcción, y la clasificación de la madera es sin duda un buen ejemplo de ello. Los coeficientes de correlación de las resistencias a flexión y tracción respecto de la presencia de nudos, el módulo elástico y la densidad típicamente muestran correlaciones en el rango de R2 = 0,4 a R2 = 0,65, por lo que existe gran dispersión de los valores mecánicos. Existe potencial para mejorar esta eficiencia y se siguen generando internacionalmente múltiples investigaciones al respecto. Una posibilidad de mejora consistiría en aplicar nuevas tecnologías tales como la medición de fibra integral5.3, esto es determinar la desviación de la fibra en toda la pieza. De hecho, este tipo de tecnologías se aplica actualmente en clasificadoras industriales de productos de gran valor tales como LVL o terciado.