Pablo Guindos - Fundamentos del diseño y la construcción con madera

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 principal ventaja una mayor estabilidad dimensional. Se clasifican estructuralmente como si de piezas de madera aserrada se tratase, y son comúnmente 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.