Caracterización mecánica de madera solida laminada

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CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE PANELES CONTRALAMINADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA Cristián Montanares Hermosilla Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad del Bío Bio [email protected]

Juan Marcus Schwenk Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad del Bío Bio [email protected]

Resumen: En esta tesis se han determinado propiedades de resistencia mecánica y estructural de paneles contralaminados en base a la normativa Chilena vigente. El sistema consiste en la elaboración de paneles compuestos por placas unidas mediante adhesivo y dispuestas de manera que las fibras de cada placa estén orientadas alternadamente en ángulos de 0° y 90°. Este sistema ha logrado un gran posicionamiento en Europa, pero aún no ha sido introducido al mercado Chileno. Se desarrollan ensayos preliminares de cizalle en probetas de madera a dos adhesivos, uno en base a formaldehído

y otro en base a poliuretano, para determinar la resistencia y

comportamiento de estos frente a una carga normal que se incrementa gradualmente. Se determinó de los ensayos preliminares, que el adhesivo en base a poliuretano presenta mayor resistencia a las cargas aplicadas. Luego de haber seleccionado un adhesivo, se construye una prensa de vacío para p ara la elaboración de los paneles. Se fabrican seis paneles para ensayos de muro de dimensiones 1,20 x 2,40 [m] y tres paneles para ensayos de losa de 1,20 x 3,20 [m], todos de espesor 0,12[m] en tres capas de madera. Se analizó la resistencia bajo solicitaciones horizontales, cargas verticales y flexión sobre los paneles. Se determina el módulo de elasticidad de los paneles y losas, y se clasifican en base a las normas nacionales de madera. La especie maderera utilizada en el estudio fue el Pino Radiata. En consecuencia, el presente trabajo es un apoyo para la introducción de los paneles contralaminados y sus resultados experimentales presentan una base para futuras investigaciones. Palabras clave: Paneles contralaminados, ensayos preliminares de cizalle, normas nacionales de madera.

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Abstract: This project is oriented to determinate the properties of mechanical and structural resistance of cross-laminated timber panels based in the current regulation of the Chilean norms. The system consist in the elaboration of panels composed by plates joined with adhesives and placed in a way that the fibers of each plate are oriented alternately in angles from 0º and 90º. This system has achieved a big positioning in Europe, but has not been yet introduced in the Chilean market. Preliminary test of shear are developed in wood specimens with two adhesives: one in base of formaldehyde and the other one in base of polyurethane, to determinate the resistance and behavior of these elements subject to an increasing and gradually load pattern. After selecting an adhesive, a vacuum press is constructed for the elaboration of the panels. Six panels are manufactured for testing walls with dimension of 1.20 x 2.40 [m] and three panels pane ls to slabs test of 1.20 x 3.20 [m], all with a thickness of 0.12 [m] in three layers. Resistance was analyzed under horizontal stresses, vertical loads and flexion above the panels, the elastic modulus was determinate for panels and slabs and ranked based on the Chilean timber norms. The timber species used in the study was radiata Pine. In consequence, the current work is a support for the introduction of cross-laminated panels and experimental results present a base to future investigations.

Keywords: Cross-laminated timber panels, preliminary tests of shear, Chilean timber norms.

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Abstract: This project is oriented to determinate the properties of mechanical and structural resistance of cross-laminated timber panels based in the current regulation of the Chilean norms. The system consist in the elaboration of panels composed by plates joined with adhesives and placed in a way that the fibers of each plate are oriented alternately in angles from 0º and 90º. This system has achieved a big positioning in Europe, but has not been yet introduced in the Chilean market. Preliminary test of shear are developed in wood specimens with two adhesives: one in base of formaldehyde and the other one in base of polyurethane, to determinate the resistance and behavior of these elements subject to an increasing and gradually load pattern. After selecting an adhesive, a vacuum press is constructed for the elaboration of the panels. Six panels are manufactured for testing walls with dimension of 1.20 x 2.40 [m] and three panels pane ls to slabs test of 1.20 x 3.20 [m], all with a thickness of 0.12 [m] in three layers. Resistance was analyzed under horizontal stresses, vertical loads and flexion above the panels, the elastic modulus was determinate for panels and slabs and ranked based on the Chilean timber norms. The timber species used in the study was radiata Pine. In consequence, the current work is a support for the introduction of cross-laminated panels and experimental results present a base to future investigations.

Keywords: Cross-laminated timber panels, preliminary tests of shear, Chilean timber norms.

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1. INTRODUCCIÓN. La madera solida contralaminada es un producto relativamente nuevo, desarrollado a principios de los años noventa en Alemania y Austria. Consiste en la construcción de paneles compuestos por placas unidas mediante adhesivo y dispuestas de manera que las fibras de cada placa estén orientadas alternadamente en ángulos de 0° y 90°. Esta laminación cruzada le da a los paneles un alto nivel de isotropía al ser sometidos a cargas en varias direcciones debido a que al menos existen dos placas orientadas longitudinalmente en la misma dirección y una transversal.

Los paneles contralaminados se construyen con un número impar de placas, generalmente 3, 5 y 7, y cada una de estas placas se construye mediante piezas de madera individuales (Fig.1). Luego, estas placas son unidas mediante la aplicación de una presión uniforme usando una prensa hidráulica o de vacío.

En el desarrollo de esta tesis se efectuan ensayos de compresión, carga horizontal y flexión a nueve paneles de madera contralaminada. De los paneles, tres se destinan a cada uno de los ensayos.

Fig.1 – Panel de madera solida contralaminada construido en la Universidad del Bío-Bío

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1.1. Objetivos. Objetivo General.

El presente estudio tiene como objetivo general realizar una caracterización mecánica de paneles contralaminados de madera a través de ensayos de carga a paneles de tamaño natural de losas y muros.

Objetivos Específicos.

•

Recopilar información referente a investigaciones y aplicaciones existentes del uso de los paneles contralaminados para describir su estado del arte.

•

Verificar experimentalmente el comportamiento de dos adhesivos mediante el ensayo de probetas de pino radiata chileno, determinando cuál de estos se adecua de mejor forma al sistema constructivo.

•

Fabricar paneles contralaminados de tamaño natural y determinar su comportamiento mecánico a través de ensayos de compresión y flexión.

•

Clasificar los paneles contralaminados en base a la normativa Chilena existente y determinar su módulo de elasticidad.

•

Elaborar una metodología de cálculo para losas de paneles contralaminados de tres capas con madera de pino radiata y adhesivos de poliuretano.

•

Elaborar un procedimiento de fabricación de los paneles contralaminados de madera, desde un punto de vista productivo.

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1.2. Metodología de Trabajo. Para cumplir con los objetivos planteados, el proyecto se ha dividido en cuatro etapas, las cuales se describen a continuación.

Primera etapa: En la primera etapa de este proyecto se realiza una revisión de la

documentación existente del tema, el cual tiene como fin construir una visión general del tema en cuanto a la aplicación y ventajas de los paneles contralaminados.

Segunda etapa: En la segunda etapa se ensayan dos adhesivos para determinar cuál de

estos se adecua de mejor manera a la construcción de los paneles contralaminados. Para esto, y acorde con lo exigido por la norma Chilena INN-Nch 2148 Of.86, se construyen probetas de madera para luego realizar ensayos de cizalle a través de la línea de cola mediante un instrumento que ejerce una carga en dirección paralela a la fibra de la madera y que se incrementa gradualmente hasta llegar al punto de falla de la probeta.

Tercera etapa: En la tercera etapa se construyen seis paneles de dimensiones 1,20 [m] de

largo y 2,40 [m] de alto, de los cuales tres son sometidos a ensayos de compresión y tres a ensayos de carga horizontal. En estas pruebas los paneles son colocados en posición vertical y sometidos a la acción de cargas incrementadas gradualmente en ciclos de carga y descarga, que miden las deformaciones producidos por estos. También en esta etapa se construyen tres losas de dimensiones 3,20 [m] de largo y 1,20 [m] de ancho las que son sometidas a un ensayo de flexión, en que los paneles colocados en posición horizontal son sometidos a cargas verticales, transversales a su plano. Estas cargas, al igual que en los ensayos anteriores, son incrementadas gradualmente en ciclos de carga y descarga, midiendo las deformaciones producto de estas. Debido a la cantidad de madera disponible, se construyen tres paneles para cada uno de los ensayos realizados, cumpliendo con la cantidad mínima de paneles exigidos por las normas aplicadas a cada ensayo.

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Cuarta etapa: Finalizados los ensayos, la cuarta etapa consiste en la interpretación de los

datos obtenidos, determinando el módulo de elasticidad de los paneles, tanto de losas y muros, además de realizar una clasificación estructural de los paneles, para finalmente inferir en recomendaciones para la utilización de estos en la construcción de edificios de mediana altura.

2. ESTADO DEL ARTE. En países desarrollados, tanto europeos como norteamericanos, en los últimos 10 años se ha trabajado intensamente en el desarrollo de tecnologías aplicadas a la construcción con madera y productos madereros con uso estructural la cual está visiblemente dirigida hacia los elementos prefabricados con propiedades mecánicas elevadas y tipificadas, consiguiendo de esta manera superar las limitaciones naturales de la madera como anisotropía, dimensiones, defectos y anomalías. Desde entonces han surgido variados elementos de sección maciza, de los cuales destaca principalmente el CLT.

El primer elemento de CLT fue fabricado a mediado de los años noventa por dos empresas KLH y Schilliger , obteniendo las primeras aprobaciones en 1998. Hoy por hoy la producción 3

de paneles CLT, hasta el año 2009, alcazaba unos 250.000 [m ] por año, lo que equivalía a 5.000 casas familiares estilo europeo. En la actualidad las principales productoras de paneles contralaminados se encuentran en Austria, Alemania y Suiza, destacándose de Austria Kreuzlagenholz (KLH), Binder Bausysteme y Stora Enso. Kaufmann, en Alemania, Merk y Stephan y en Suiza Schilliger. Dado el actual auge que tiene el CLT en los países europeos, es que se han desarrollado en los últimos 5 años proyectos de edificaciones en madera contralaminada, casos emblemáticos, como se ven en la figura 2, son el Stadthaus en Londres, el cual es un edificio residencial de nueve pisos construido el año 2007 completamente en madera contralaminada y el edificio E3 en Berlín, el cual es un edificio de 7 pisos que cuenta con losas contralaminadas

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Fig.2 –Edificio de madera Stadthaus (Izquierda) en Londres y E3 (Derecha) en Berlín

En la actualidad, en Chile no existen investigaciones referidas al CLT, donde se indiquen sus propiedades de resistencia o módulos de elasticidad utilizando como materia prima el pino radiata nacional, por lo que para conocer más de este producto se observan investigaciones y propiedades de madera contralaminada europeas.

El CLT europeo se construye en base a la madera obtenida del Abeto y el módulo de elasticidad de los paneles utilizados en losas es de 11.000 [MPa].

De las investigaciones realizadas a paneles de CLT, las propiedades mecánicas de estos son calculadas, ya sea a partir de las individualización de las capas que componen un panel o evaluándolos mediante ensayos. Sin embargo al determinar las propiedades de los paneles siguiendo las normas de ensayos mecánicos, hace que cualquier aprobación de estos sea válida solo para el producto a prueba con sus respectivas propiedades geométricas y su forma de producción (tipo de adhesivo, materia prima, ranuras, etc.)

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3. MATERIALES. Para el desarrollo de la presente investigación se ha considerado la utilización de los siguientes materiales,

3.1.Madera. En esta investigación, como material de construcción para los paneles contralaminados, se utilizó madera de pino radiata. Esta madera, donada por CMPC, clasifica desde un punto de vista mecánico en los grados estructurales C-16 y C-24. Las características mecánicas de estos dos grados, se encuenta en la tabla 4b de la Norma Chilena INN Nch-1198 Of2006

3.2.Adhesivos. Se contó en este estudio con dos adhesivos, los cuales fueron analizados en una etapa previa a la construcción y ensayos de los paneles contralaminados. Los adhesivos ensayados fueron Urea Formaldehído , donado por Oxiquim y un poliuretano libre de formaldehído (Purbond) donado por Henkel. Las características de estos, se tratan en más detalle en el capítulo 5 de esta memoria.

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4. EQUIPOS. En este capitulo se hace una descripción de los equipos utilizados en la construcción y ensayo de los paneles contralaminados como también de las probetas para los ensayos de los adhesivos.

4.1.Equipos de construcción. Para la construcción de las probetas utilizadas en los ensayos previos y de los paneles contralaminados, se utilizaron las siguientes herramientas y equipo.

1 sierra eléctrica circular. 1 cepillo eléctrico. Brochas. 1 prensa de vacío.

4.2.Equipos de Ensayos. Los equipos utilizados para realizar los ensayos a las probetas y los paneles de madera contralaminada son los siguientes:

Equipo durante ensayos previos Durante la etapa de ensayos previos, se utiliza un equipo marca Instron para someter a cizalle el plano encolado de las probetas mediante una carga en dirección paralela a las fibras de la madera (ver figura 3). Este equipo ejerce una carga vertical máxima de 5 [ton], y se encuentra en el laboratorio de adhesivos y nanotecnología de la Universidad del Bío Bío.

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•

Equipo durante ensayos a paneles contralaminados

En la etapa de ensayos a los paneles contralaminados, se utiliza el marco de carga (ver figura 3) que se encuentra en el Laboratorio de Construcción de la Universidad del Bío Bío. Este equipo es un marco de estructura metálica, que posee un pistón móvil con una carrera máxima de 10 [cm]. La carga máxima que puede ejercer este equipo es de 50 [ton]

Fig. 3 – Izquierda: Instron utilizada con probetas de adhesivos en ensayos previos. Derecha: Marco de carga utilizado en ensayo a paneles contralaminados.

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5. ADHESIVOS. El objetivo principal de este capítulo es dar una visión general de lo que es un adhesivo y que tipos son utilizados para encolar maderas, para luego tocar en mayor profundidad las características de los dos analizados en esta investigación.

5.1.Generalidades. Se entiende por adhesivo (Perez, 1979), todas aquellas sustancias o mezclas, capaces de mantener materiales unidos, mediante una ligazón de sus superficies de contacto. La adherencia, en cambio, es un estado en que dos superficies se mantienen unidas por medio de fuerzas interfaciales, que pueden consistir en fuerza de valencia o por acción de interconexión, o ambas.

5.2.Adhesivos mayormente utilizados en madera. Los adhesivos para madera más utilizados en el país son el resorcinol formaldehído , fenol formaldehído , melanina formaldehído , urea formaldehído

y actualmente adhesivos de

poliuretano libres de formaldehído .

De los adhesivos con formaldehído , el fenol y el resorcinol formaldehído son los más durables e indestructibles y por lo general de color oscuro. Los menos durables son los adhesivos de urea, los que se aplican para usos interiores ya que no pueden estar sometidos a exposiciones prolongadas a la intemperie y a condiciones de humedad. A todos estos se les conoce como del tipo termo fraguado, a pesar de que se curan a la temperatura ambiente, debido a que no se pueden refundir o ablandar con el calor una vez curados.

Los adhesivos en base a poliuretano, conocidos también como adhesivos elásticos, puesto que tienen una extraordinaria elasticidad y elongación antes de producirse su rotura, curan mediante reacciones de poliadiccion, es decir, la reacción química para la formación de la adherencia se produce mediante sucesivas adiciones de elementos o grupos funcionales que encuentra en la superficie en donde se aplica, para finalmente adquirir una estructura ligeramente reticulada con propiedades de un material elastómerico. Estos adhesivos pueden ser clasificados como termoplásticos o termoestables, y dependiendo de cómo haya sido formulado este puede curar por calor o humedad.

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5.3. Características de los adhesivos utilizados en los ensayos previos. Durante el desarrollo de los ensayos previos, se conto con dos adhesivos (ver figura 4), urea formaldehído y un poliuretano, por lo que en este punto se profundizará en las características de estos.

Fig. 4 – Izquierda: Urea formaldehído . Derecha: Poliuretano

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5.3.1 Urea formaldehído (UF).

Las resinas de urea formaldehído

son polímeros del grupo denominado como resinas

termofraguantes, ya que no ablandan con el calor, sino que al contrario, endurecen debido a la formación de uniones cruzadas o “cross-links” adicionales entre las moléculas de los polímeros. Este adhesivo se forma por la condensación entre el concentrado de ureaformaldéhico y urea, obteniéndose una sustancia liquida viscosa. Como producto, la urea formaldehído

se

comercializa en base a una resina en polvo, el cual se debe disolver en agua.

La reactividad de la resina puede ser adaptada dentro de un amplio rango de posibilidades tan solo modificando la composición del catalizador. Por ejemplo, en una línea de fabricación de tableros aglomerados, la reactividad más recomendable estará definida en razón de la temperatura del prensado, el riesgo de pre-endurecimiento, el contenido de humedad y el tiempo de prensado. El pre-endurecimiento de la masa encolada es prevenido mediante la aplicación de cloruro de amonio.

Una vez aplicada la cola en la madera, el tiempo de prensado más adecuado, depende directamente del contenido de humedad, del tramo del tablero, del grosor y de la temperatura de prensado, la que varía entre los 150 y 200 [°C]. De esta forma el tiempo de prensado variará entre los 8 y 20 [seg] por cada milímetro del tablero. Mientras que la presión de prensado que se deben aplicar a elementos que se han encolado con urea formaldehído se encuentra por lo general entre los 2 y 3 [MPa].

En la actualidad el empleo de adhesivos de urea formaldehído está siendo cuestionado, ya que de acuerdo con Peterson (1964) y Samlaic (1983), poseen un serio inconveniente a causa de la emanación de formaldehído , por lo que su uso se prohíbe en países donde el control ambiental es riguroso.

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5.3.2 Poliuretano (PUR).

Estos adhesivos están basados en la química del isocianato y se conocen por tener una extraordinaria elasticidad y elongación, la cual puede llegar hasta un 600% antes de producirse la fractura. Sin embargo al igual que los adhesivos de epoxi, también existen adhesivos de poliuretano rígido, llegando a soportar hasta 25 [MPa]. Existen tres tipos diferentes de adhesivos poliuretano. Adhesivos poliuretanos de dos componentes, de un componente de curado por calor y de un componente curado por humedad. Sin embargo esta investigación centra su interés en aquel adhesivo poliuretano de curado por humedad. Al aplicar la cola sobre la madera, el agua contenida en esta reacciona con una parte de isocianato, dando lugar a una amina y CO2, con lo que se genera una ligera espumación del adhesivo. Seguido a esto, la amina reacciona rápidamente con otro grupo isocianato creando así una estructura reticulada.

El sistema de adhesivos poliuretano monocomponente, necesita solo de la humedad contenida en la madera para reaccionar, sin la necesidad de emplear disolventes y formaldehído como en el caso de la urea, y a diferencia de esta, el poliuretano al momento de reaccionar solo emite CO2 y una vez curado resulta ser un producto completamente inerte, con una mínima repercusión sobre el medio ambiente y la salud.

Los adhesivos de poliuretano requieren presiones de prensado mucho menores a las aplicadas en adhesivos en base a formaldehído , dependiendo del tipo de aplicación al que vaya dirigido, el tiempo de curado puede variar de pocos minutos a varias horas, la cantidad de adhesivo requerido a aplicar sobre una superficie es de 180-200 [gr/m2] y permite un tiempo de ensamblaje mucho mayor, ya que el curado no es inmediato, a diferencia de la urea.

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6. PRENSA DE VACIO. Pensando en un futuro proceso de fabricación de paneles contralaminados en nuestro país, que permita una elaboración rápida y de bajo costo, se considero la construcción de una prensa de vacío. En este capítulo se explicara el principio del prensado en vacio, sus ventajas sobre una prensa hidráulica y se detallaran los elementos utilizados en la construcción de la prensa.

6.1.Principio de funcionamiento. Las prensas de vacío, son aquellas que utilizan el vacío para generar presión sobre un elemento. Estas prensas son una variación a gran escala de una tecnología que ya se utilizaba en la industria del mueble y permite un prensado más rápido, sin necesidad de grandes equipos y deja la posibilidad de generar formas complejas.

El principio del prensado en vacio (ver figura 5) es bastante simple y puede ser entendido de la siguiente manera: “Por sobre el nivel del mar la presión atmosférica normal es de 10,33 [T/m2 ]. Esta presión no afecta a seres vivos ni objetos, debido a que por cada tonelada de presión atmosférica, existe una cantidad equivalente de presión interna que evita que sean aplastados, pero cuando las moléculas de aire son removidas, incluso en pequeñas cantidades, la presión atmosférica se hace evidente.” De esta forma cuando el aire es extraído de la prensa de vacío, la presión atmosférica ejerce una gran presión con una perfecta uniformidad sobre el elemento.

Presión sobre panel

Extracción del aire

Fig.5 – Principio de funcionamiento en prensa de vacío construida.

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6.2.Ventajas de utilizar una prensa de vacío. Las prensas de vacio presentan las siguientes ventajas frente a los sistemas de prensado mediante una prensa hidráulica: •

Una prensa de vacio es mucho más económica que una prensa hidráulica.

•

El hecho de que el elemento a prensar, se presiona en sí mismo, implica que no esté sujeto a deformaciones.

•

La presión aplicada sobre el elemento es uniforme y sin singularidades, incluso cuando la superficie es desigual.

•

Las prensas de vacio pueden ser construidas con facilidad para cualquier dimensión requerida.

•

Debido a que el prensado se realiza con una membrana de gran elasticidad, es posible generar elementos con diversas formas.

6.3. Prensa de vacío construida para ensayo. Para construir los paneles utilizados en esta investigación, se fabrica una prensa de vacío de dimensiones 6.000 [mm] de largo, 1.988 [mm] de ancho y una altura de 710 [mm], como se puede ver en la figura 6,

Fig.6 – Dimensiones de prensa de vacío.

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Para la fabricación de la prensa se utilizaron los siguientes materiales y equipos:

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158 [kg] de perfiles L 80/80/80

•

19 [kg] de perfiles L100/100/3

•

35 [kg] de perfiles L50/50/3

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240 [kg] de tubo rectangular 200/150/3

•

Prensas Clamp

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1 bomba de vacío Elmo Rietschle modelo V-VC 50

•

1 membrana de PVC tipo carpa de camión de 600 [gr/m ]

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La construcción de esta prensa se llevo a cabo en la maestranza FAMACON Ltda. ubicada en Talcahuano. A continuación, en la figura 7, se puede ver la etapa de fabricación de la prensa y la etapa en que esta se encuentra terminada.

Fig.7 – Izquierda: Fabricación de prensa de vacío, Derecha: Prensa de vacío finalizada.

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7. ENSAYOS MECÁNICOS. En el presente capitulo se realiza una descripción de las probetas y paneles utilizados en los ensayos preliminares como en los ensayos a paneles y losas, y se presentan además los procedimientos aplicados para realizar dichos ensayos en base a las normativas correspondientes.

7.1. Ensayos preliminares. El objetivo principal de este punto es la de verificar, mediantes ensayos a probetas, la resistencia al cizalle de la línea de cola, para determinar el tipo de adhesivo a utilizar en las etapas siguientes. Para esto, y debido a que se considera una numero significativo de ensayos, se fabricaron 8 probetas encoladas con urea formaldehído y 8 probetas encoladas con poliuretano , según norma INN-Nch 2148 Of.89, como se puede ver en la figura 8.

Fig.8 – Probeta utilizada en ensayos a adhesivos. Las dimensiones de cada pieza de madera que conforman la probeta es de 50 [mm] de altura, 50 [mm] de ancho, 19 [mm] de espesor y al momento de unirlas se realiza un con desfase de 6 [mm]. Los adhesivos utilizados son urea formaldehído (Adelite poliuretano (Purbond

6238) proporcionado por Oxiquim y

HB S709) proporcionado por Henkel. Las fichas técnicas de estos

adhesivos se encuentran anexas a este documento.

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Antes de encolar las piezas de madera, se mide la humedad de estas con un dispositivo electrónico marca Wagner , determinándose que en promedio poseen una humedad de un 11% como se muestra en la figura 9.

Fig.9 – Registro del porcentaje de humedad de las probetas. Dependiendo del tipo de adhesivo, la fabricación de las probetas (ver figura 10), realizada en las instalaciones del CATEM en la Universidad del Bío Bío, considero para aquellas encoladas con urea una presión de prensado de 2 [MPa] y un tiempo de curado de 24 [hrs], mientras que para aquellas encoladas con poliuretano se considero una presión de prensado de 0,6 [MPa] y un tiempo de curado de 3 [hrs]. Todo esto siguiendo las recomendaciones del fabricante de los adhesivos.

Fig.10 – Fabricación de probetas (Encolado).

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Los ensayos previos se realizaron en el laboratorio de adhesivos del centro de biomateriales y nanotecnología de la Universidad del Bío Bío. Donde las probetas son montadas sobre un dispositivo de soporte para el ensayo de cizalle según INN-Nch 976 Of.86. (ver figura 11)

Fig.11 – Esquema de ensayo de cizalle aplicado a probetas. El equipo Instron utilizado para aplicar la carga sobre la probeta, se programa para que la velocidad de carga sea de 0,6 [mm/min] según norma INN-Nch 2148 Of.89, y registrando a cada instante la carga y el desplazamiento producido en la probeta hasta llegar al punto de falla de la probeta, como se puede ver en la figura 12.

Fig.12 – Probetas luego de ser ensayadas. Izquierda: Probeta encolada con urea. Derecha: Probeta encolada con poliuretano.

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7.2.Ensayos a paneles. El objetivo principal de esta etapa experimental es la de determinar, a través de ensayos de carga horizontal y compresión, el comportamiento mecánico de paneles contralaminados de madera. Para lo cual se construyen 6 paneles de tres capas y sección rectangular, encolados con poliuretano y prensados mediante vacío. Las dimensiones de los paneles y el esquema de ensayo se realizan acorde a las normas INN-Nch 801 Of.03 e INN-Nch 802 Of.71 (ver figura 13)

Fig.13 – Panel construido para ensayo. Las dimensiones de estos paneles es de 1,20 [m] de ancho, 2,40 [m] de altura y 0,12 [m] de espesor. La construcción de estos se realiza con madera estructural clase C-16 y C-24, con una presión de prensado de 0,63 [bar] (ver figura 14) y un tiempo de curado de 3 [hrs], manteniendo el vacío.

Fig.14 – Fabricación de paneles en prensa de vacío.

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Los ensayos se llevan a cabo en el laboratorio de construcción de la Universidad del Bío Bío, donde los paneles se montan de acuerdo con los esquemas planteados en las normas INN-Nch 801 Of.03 e INN-Nch 802 Of.71, según se muestra en las figuras 15 y 16 a continuación,

Pistón

Fig.15 – Esquema de ensayo de compresión a panel (Nch 801)

Placa y rodillo

Tope

Fig.16 – Esquema de ensayo de carga horizontal a panel (Nch 802)

Pistón

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Se monta al marco de carga un pistón hidráulico de accionamiento manual, con una carrera máxima de 10 [cm], el cual es capaz de ejercer una carga máxima de 50 [Ton]. Además, para medir la deflexión y la compresión del panel, se instalan en estos 4 transductores, de los cuales 2 midieron la deflexión y 2 la compresión.

El registro de la carga aplicada, la deflexión y la compresión sobre el panel se realiza automáticamente mediante un computador y adicionalmente se realiza lleva un registro manual.

De los 6 paneles construidos, se destinan 3 para los ensayos de compresión y 3 para los ensayos de carga horizontal. En el caso de los ensayos de compresión se realizan 6 incrementos de carga de 8 [Ton] cada una partiendo desde una carga nula hasta un máximo de 48 [Ton]. La velocidad nominal de aplicación de cada una de estas cargas es de 0,8[mm/min]. Mientas que para los ensayos de carga horizontal se realizan 7 incrementos de carga de 1,2 [Ton] iniciando desde una carga nula hasta un máximo de 8,4 [Ton], con una velocidad nominal de aplicación de las cargas de 5[mm/min]. Luego de la aplicación de cada incremento de carga, estas son mantenidas lo más constante posible por un periodo de 5 [min], y luego son retiradas, para luego volver a cargar el panel. La toma de datos de compresión y deflexión se realiza tanto para un estado bajo carga y sin carga.

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7.3.Ensayos a losas. El objetivo de esta fase es la de estudiar el comportamiento de una losa de madera contralaminada para determinar el comportamiento mecánico y resistencia de esta a la flexión, para lo cual se construyen 3 losas de tres capas y de sección rectangular, encoladas con poliuretano y prensados mediante vacío. Las dimensiones de la losa y esquemas de ensayo se realizan acorde a la norma INN-Nch 803 Of.03, como se puede ver en la figura 17.

Fig.17 – Esquema de ensayo flexión losa (Nch 803) Las dimensiones de las losas son 1,20 [m] de ancho, 3,20 [m] de largo y un espesor de 0,12 [m]. Al igual que en el caso de los paneles se prensan en la prensa de vacío con una presión de 0,6 [bar] y un tiempo de fraguado del adhesivo de 3 [hrs] manteniendo el prensado sobre el elemento.

El procedimiento de ensayo considera que la losa sea dispuesta como una viga horizontal simplemente apoyada en sus bordes de menor longitud. La luz considerada entre los apoyos es de 2,80 [m]. Se genera la carga vertical sobre la losa mediante un pistón hidráulico de accionamiento manual. La carga generada por el pistón es repartida mediante una viga, la cual a través de rodillos ubicados en sus extremos las transmite a la losa. Estas cargas son aplicadas a L/4 de la longitud del panel. Se realizan 5 incrementos de carga hasta llegar a la falla de losa (ver figura 18), donde cada incremento es de 4 [Ton] iniciando desde una carga nula hasta un máximo de 20 [Ton]. Luego de que la carga es aplicada, esta es mantenida lo más constante posible por un periodo de 5 [min]

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Fig.18 – Falla de losa en ensayo de flexión.

8. RESULTADOS Y ANALISIS. En este capítulo, se presentan los resultados y análisis obtenidos de los ensayos realizados a las probetas de adhesivos, paneles y losas de madera solida contralaminada.

8.1.Ensayos preliminares. Los gráficos 1 y 2 muestran las curvas carga - deformación, obtenidas del ensayo de cizalle a través del adhesivo.

Fig.19 – Gráfica 1: Deformación probetas encoladas con urea formaldehído .

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Se observa de la grafica una deformación de al menos 0,6 [mm] bajo cargas menores a 40 [kgf]. Esta deformación es producto del acomodo de la probeta dentro del dispositivo de soporte. Luego de este acomodo, se puede observar que el adhesivo inicialmente tiene un comportamiento bastante rígido, pero al aplicar cargas mayores a 480 [kgf], se generan grandes deformaciones, este comportamiento se da en todas las probetas, salvo en la probeta 8, donde el punto de inflexión ocurre a los 700 [kgf]. En promedio la carga máxima resistida por la urea formaldehído fue de 704,5 [kgf] con una deformación máxima promedio 5,5 [mm], antes de producirse la falla de la probeta.

Fig.20 – Gráfica 2: Deformación probetas encoladas con poliuretano. Al igual que en la grafica 1, la grafica 2, muestra una deformación inicial de al menos 0,6 [mm] para cargas pequeñas (menores a 40 [kgf]). Luego de este acomodo se observa un comportamiento rígido, y luego de una carga de 600 [kgf] las deformaciones empiezan a ser mayores. La máxima carga resistida llega a 1170 [kgf] y es alcanzada por la probeta 1, sin embargo, para dicha carga se produce la falla. En promedio la carga máxima resistida por el poliuretano es de 877,25 [kgf], con una deformación máxima promedio de 4,23 [mm].

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En la tabla a continuación podemos ver a modo de resumen las máximas cargas alcanzadas por los adhesivos con sus respectivas deformaciones

Tabla 1 – Cargas y deformaciones máximas alcanzadas por probetas durante ensayo de cizalle.

Al realizar una comparación entre graficas, se puede ver que la pendiente de las curvas antes del punto de inflexión del grafico 2 es 1,2% menor que la pendiente de la grafica 1. Esto resulta porque la unión producto de la urea es mucho más rígida que la del poliuretano. Pero cuando las cargas aplicadas superan a la del punto de inflexión, la resistencia de la urea se va debilitando lo que implica deformaciones mayores en un 29,7% que las del poliuretano como se puede ver en la tabla 1. Desde este punto de vista el poliuretano presenta características mecánicas de resistencia superiores en un 24,5% a las de la urea, lo que implica que sea el adhesivo recomendado para la fabricación de los paneles contralaminados de este proyecto.

28

8.2.Ensayos a paneles. 8.2.1. Ensayo de compresión a paneles. A continuación, en las tablas 2 y 3, se muestran las deformaciones bajo carga y residuales obtenidas para cada uno de los paneles ensayados, así como también la deformación promedio de estos durante el ensayo de compresión.

Tabla 2 – Deflexiones verticales bajo carga en paneles y deformación promedio. n ó a i s g e r r a p c m j o o a c b o s d l a e t l e n u s a e p R

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

COMP. PANEL 1 [mm]

COMP. PANEL 2 [mm]

COMP. PANEL 3 [mm]

COMP. PROMEDIO [mm]

0 8 16 24 32 40 48

0 740740.74 1481481.5 2222222.2 2962963 3703703.7 4444444.4

0 0.61 1.76 2.27 2.48 2.58 2.62

0 0.47 0.50 0.39 0.33 0.26 0.36

0 0.48 0.52 0.42 0.46 0.49 0.53

0 0.52 0.92 1.03 1.09 1.11 1.17

Tabla 3 – Deformaciones residuales en paneles y deformación promedio. n ó i s s e e r l p e n m a o p c l o a u d d a i t l s e u s r e R

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

COMP. PANEL 1 [mm]

COMP. PANEL 2 [mm]

COMP. PANEL 3 [mm]

COMP. PROMEDIO [mm]

0 8 16 24 32 40 48

0 740740.74 1481481.5 2222222.2 2962963 3703703.7 4444444.4

0 1.44 2.56 2.82 2.90 2.87 2.78

0 0.07 0.07 0.23 0.31 0.18 0.32

0 0.01 0.09 0.21 0.30 0.28 0.34

0 0.50 0.90 1.08 1.17 1.11 1.15

De los resultados presentados en las tablas 2 y 3, se grafican las curvas carga-deformación como se puede ver a continuación.

29

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Curva promedio compresión bajo carga Curva promedio compresión residual

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Deformación [mm]

Fig.21 – Gráfica 3: Deformación paneles contralaminados.

Se puede observar de esta grafica que la curva promedio de deformación bajo carga es prácticamente idéntica a la curva de deformación residual, además se puede ver que ambas alcanzan para la máxima carga aplicada de 48 [Ton], una deformación permanente de aproximadamente 1,2 [mm]. El resultado obtenido implica que la máxima carga aplicada solo provocó un aplastamiento o acomodamiento de algún elemento de madera que compone el panel. Pero en sí, no género una deformación del panel.

Adicionalmente a las deformaciones, mediante el ensayo de compresión al panel, se obtiene la deflexión de este producto de la carga vertical aplicada. Este resultado se muestra en las tablas a 4 y 5 a continuación.

Tabla 4 – Deflexión bajo carga en paneles y deflexión promedio. n a ó i g x r e a l f c e o d j a o b d s a e t l l u e s n e a R p

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

DEFL. PANEL 1 [mm]

DEFL. PANEL 2 [mm]

DEFL. PANEL 3 [mm]

DEFL. PROMEDIO [mm]

0 8 16 24 32 40 48

0 740740.74 1481481.5 2222222.2 2962963 3703703.7 4444444.4

0 3.7 4.3 4.7 5.1 5.4 5.9

0 2.0 2.3 2.5 3.0 3.5 0.0

0 1.6 2.3 3.0 3.8 4.5 5.7

0 2.43 2.98 3.42 3.96 4.50 3.85

30

Tabla 5 – Deflexión residuales en paneles y deflexión promedio. n ó s i e x l e e l f n e a d p o l d a a u t l d i u s s e e r R

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

DEFL. PANEL 1 [mm]

DEFL. PANEL 2 [mm]

DEFL. PANEL 3 [mm]

DEFL. PROMEDIO [mm]

0

0

0

0

0

0

8 16 24 32 40 48

740740.74 1481481.5 2222222.2 2962963 3703703.7 4444444.4

0.3 0.4 0.5 0.6 0.6 0.6

0.2 0.3 0.3 0.4 0.6 0.8

0.2 0.0 0.2 0.3 0.4 0.6

0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7

De los resultados presentados en las tablas 4 y 5, se grafican las curvas carga – deflexión

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] &#""""" a P [ &"""""" a %#""""" g r a %"""""" C $#"""""

Curva promedio deflexón bajo carga Curva promedio deflexón residual

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Deflexión [mm]

Fig.22 – Gráfica 4: Deflexión de paneles contralaminados. Se observa que cuando los paneles son cargados pueden llegar a deflexiones mayores a 4 [mm], sin embargo al retirar la carga del panel este recupera su forma casi por completo con deformaciones residuales menores a 1 [mm]. Esta diferencia deja de manifiesto que los paneles contralaminados poseen una gran elasticidad y resistencia, pudiendo soportar cargas cercanas a la máxima carga ejercida por el pistón hidráulico. La recuperación promedio del estado original antes de ser cargados es de un 89,9% mientras que la deformación permanente del panel es de un 10,1%. La curva promedio de deflexión bajo carga, al llegar a los 48 [Ton] muestra una deflexión menor a la obtenida con una carga de 40 [Ton]. Esto se debió a que los dos transductores que median la deflexión del panel 2 fallaron, como se puede ver en la tabla 4, registrando un valor nulo, lo significo que la deflexión promedio fuese menor.

31

8.2.2. Ensayo de carga horizontal a paneles. Las tablas 6 y 7 a continuación muestran las deformaciones obtenidas para cada uno de los paneles durante el ensayo de carga horizontal.

Tabla 6 – Deformaciones bajo carga para paneles durante ensayo de carga horizontal. s e l e n a p l a r a e t r a g l a a c g o r j a a c b o d a t l u s e R

CARGA [Ton]

CARGA [N/m]

LATE. PANEL 1 [mm]

LATE. PANEL 2 [mm]

LATE. PANEL 3 [mm]

LATE. PROMEDIO [mm]

0.0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 7.2 8.4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0.00 2.24 3.92 5.42 7.21 8.81 10.47 12.38

0.0 2.7 4.3 5.8 7.1 8.4 9.7 11.1

0.0 2.2 4.0 5.1 7.1 9.2 11.1 10.5

0.00 2.37 4.09 5.42 7.14 8.81 10.45 11.33

Tabla 7 – Deformaciones residuales para paneles durante ensayo de carga horizontal. s e l e n a p l a r e l t a a l u d a i g r s a e c r o d a t l u s e R

CARGA [Ton]

CARGA [N/m]

LATE. PANEL 1 [mm]

LATE. PANEL 2 [mm]

LATE. PANEL 3 [mm]

LATE. PROMEDIO [mm]

0.0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 7.2 8.4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0.0 0.4 0.6 1.0 1.4 2.2 2.6 3.6

0.0 0.5 0.6 0.4 0.6 0.7 1.2 0.6

0.0 0.3 0.4 1.0 1.2 2.1 1.7 2.8

0.0 0.4 0.5 0.8 1.0 1.7 1.8 2.3

De los resultados presentados en las tablas, se grafican las curvas carga – deformación.

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Deformación bajo carga Deformación residual

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Deformación [mm]

Fig.23 – Gráfica 5: Deformación de paneles durante ensayo de carga horizontal

32

De la grafica 5 se puede observar que los paneles al ser cargados lateralmente y luego descargados, poseen un comportamiento elástico con una recuperación promedio del estado original antes de ser cargados de un 84,4%, mientras que el 15,6% restante representa una deformación permanente después de ser retirada la carga. La máxima deformación promedio alcanzada fue de 11,33 [mm] para una carga de 8,4 [Ton], al ser retirada la carga la deformación residual es de 2,3 [mm].

La carga máxima con la cual se detuvo el ensayo fue de 8,4 [Ton], debido a que se produce una falla por aplastamiento en uno de los bordes superiores del panel. Esta falla es producto de la disposición y el tipo de elementos con los que se cuenta para ensayar los paneles.

Anclaje

Tope

Falla por aplastamiento

Fig.24 – Disposición de elementos de ensayo y falla de panel por aplastamiento. Según la INN-Nch 802 Of.71, en el borde inferior del panel opuesto a la dirección de la carga, debe haber un tope de dimensiones iguales a las del espesor del panel destinado a impedir desplazamientos horizontales, así también se debe colocar un sistema de anclaje que impida el levantamiento del borde donde se aplican las cargas. Iniciado el ensayo, con el pistón ejerciendo una fuerza sobre el panel, el tope inferior se transforma en un punto de giro, lo que resulta en el levante del borde inferior opuesto, a lo cual empieza a actuar el anclaje. Sin embargo y aunque este anclaje sea de sección tubular, actúa como una carga puntual ubicada muy en el extremo del panel, la que se incrementa debido a la aplicación de la carga generada por el pistón.

33

8.2.3.Ensayo a losas. Las tablas 8 y 9 a continuación muestran las deflexiones obtenidas durante el ensayo de flexión en losas para los cada uno de los paneles ensayados.

Tabla 8 – Deflexión bajo carga en losas durante ensayo de flexión o j a b a s o l n ó i a x g e r a l f c o d a t l u s e R

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

FLEX. LOSA 1 [mm]

FLEX. LOSA 2 [mm]

FLEX. LOSA 3 [mm]

FLEX. PROMEDIO [mm]

0 4 8 12 16 20

0 11905 23810 35714 47619 59524

0.0 8.7 16.6 25.3 33.9 45.4

0.0 8.1 15.9 23.5 32.0 40.2

0.0 8.5 16.7 24.8 33.3 42.6

0.0 8.4 16.4 24.6 33.1 42.7

Tabla 9 – Deflexión residual en losas durante ensayo de flexión a s o l

CARGA [Ton]

CARGA [Pa]

FLEX. LOSA 1 [mm]

FLEX. LOSA 2 [mm]

FLEX. LOSA 3 [mm]

FLEX. PROMEDIO [mm]

0 4 8 12 16 20

0 11905 23810 35714 47619 59524

0.0 0.4 0.7 1.3 2.2 3.6

0.0 0.3 0.6 0.9 1.7 2.5

0.0 0.3 0.7 1.4 2.0 2.8

0.0 0.3 0.6 1.2 2.0 3.0

n ó i l x a e u l f d i o s d e a r t l u s e R

De los resultados presentados en las tablas, se grafican las curvas carga – deflexión para losas.

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Curva promedio deflexión bajo carga Curva promedio deflexión residual

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Deflexión [mm]

Fig.25 – Gráfica 6: Deflexión de losas durante ensayo de flexión.

34

De la grafica 6 se observa que las losas al tener una carga de 20 [Ton], muestran una flexión promedio de casi 43 [mm], y luego, al ser retirada la carga, estas losas regresan prácticamente a su estado original completo con una deformación residual promedio de 3 [mm]. Esta capacidad de deformación nos indica que las losas poseen una gran elasticidad y resistencia, con una capacidad de recuperación promedio del estado original de un 94,9%, contra un 5,1% que representa la deformación residual total promedio.

Las losas ensayadas mostraron una capacidad de carga de 20 [Ton], sobre este valor se produjo la falla de estas.

8.3.Clasificación estructural de paneles según norma Nch 806. Siguiendo los criterios presentados en la INN-Nch 806 Of.71, según las características de los paneles estos clasifican como panel soportante: IC-RC3C -RH3C -RT3C

•

Tipo VI:

Monolíticos sin revestimiento.

•

Clase C:

Material dominante madera.

•

Grado RC3:

Carga de rotura es mayor a 8000 [kg/ml]

•

Subgrado RCC:

Deformación admisible entre 7 [mm] o menos

•

Grado RH3:

Carga de rotura mayor a 2001 [kg/ml].

•

Subgrado RHC:

Deformación admisible entre 15 [mm] o menos

•

Grado RT3:

Carga de rotura es mayor a 1500 [kg/ml]

•

Subgrado RTC:

Deformación admisible entre 25 [mm] o menos.

35

9. CARACTERIZACION MECÁNICA DE PANELES. En este capítulo se realiza una caracterización mecánica de los paneles y losas ensayados, determinando el módulo de elasticidad de estos.

9.1.Modelos considerados para determinación de módulo de elasticidad. De los resultados obtenidos en los ensayos de carga horizontal y de flexión sobre los paneles y losas, es posible determinar el módulo de elasticidad respectivo, mediante las ecuaciones de cálculo de flechas máximas, debido a que se cuenta como resultado de los ensayos con las deflexiones y cargas máximas aplicadas.

Los modelos considerados se muestran en las figuras 26 y 27.

Fig.26 – Modelo considerado para paneles sometidos a carga horizontal

Fig.27 – Modelo considerado para losas sometidas a flexión

36

9.2.Módulo de elasticidad de paneles. El módulo de elasticidad de los paneles se obtiene mediante la siguiente ecuación:

!

! !

!

!

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!

!

!

Donde: f:

Flecha o deformación máxima [cm].

q:

Carga aplicada [kg].

H:

Altura del panel [cm].

E:

Módulo de elasticidad [kg/cm2].

I:

Inercia del panel [cm ].

4

Si bien la máxima carga aplicada sobre el panel fue de 8.400 [kg], para determinar el módulo de elasticidad de este, se debe utilizar un valor intermedio antes de que empieze el daño en el panel como se puede ver en la tabla 10.

Tabla 10 – Módulo de elasticidad en panel obtenido de ensayo de carga horizontal.

Al realizar este procedimiento con todas las cargas registradas antes de la máxima aplicada, se obtiene un módulo de elasticidad máximo de 18.012,9 [Mpa] y un mínimo de 13.237,4 [Mpa]. De esta forma el MOE promedio obtenido de este ensayo es de

16.556 [Mpa].

37

9.3.Módulo de elasticidad de losas. El módulo de elasticidad de losas se obtiene mediante la siguiente ecuación:

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Donde: f:


q:

Carga máxima aplicada [kg].

l:

Longitud losa [cm].

E:

Módulo de elasticidad [kg/cm ].

I:

Inercia del losa [cm ].

a:

Distancia al punto de aplicación de la fuerza [cm]

2

4

Al igual que en el caso anterior, para determinar el módulo de elasticidad de las losas se consideran las cargas y deformaciones anteriores a la carga y deformacion máxima obtenida como se puede ver en la tabla 11,

Tabla 11 – Módulo de elasticidad en losa obtenido de ensayo de flexión.

Se realiza este procedimiento con todas las cargas y deformaciones registradas en la tabla 8, antes de registrar la máxima carga y deformacion, con lo que se obtiene como promedio un MOE de

8.630 [Mpa].

38

10. TABLAS DE PRE DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS DE CLT. En el presente capitulo se desarrollan, en base a los resultados obtenidos de los ensayos de flexión en losa, dos tablas para el pre dimensionamiento de losas de madera contralaminada para distintos largos y espesores.

10.1 Método de cálculo. La metodología considerada para la determinación de estas tablas supone una losa simplemente apoyada, la cual tiene aplicada una carga distribuida sobre ella. El modelo considerado en el análisis es el siguiente (ver figura 28),

Fig.28 – Modelo considerado para losas con carga distribuida. Se determinara la carga máxima resistida por la losa despejándola de la siguiente ecuación de flecha máxima, !

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Donde: f:


q:

Carga máxima aplicada [kg].

l:

Largo de losa [cm].

E:

Módulo de elasticidad [kg/cm ].

I:

Inercia del panel [cm ].

2

4

39

Se considera que la deformación máxima no exceda L/300, por lo que al igualarla con la ecuación antes mostrada, se obtiene la siguiente formulación para determinar la carga máxima admisible.

! !

!

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!

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Donde: 2

q:

Carga máxima admisible [kg/cm ]

E:

Módulo de elasticidad de la losa de CLT [kg/cm ].

e:

Espesor de la losa [cm]

l:

Largo de la losa [cm]

2

En el análisis se consideran además las siguientes cargas:

•

Peso propio:

Se considera la densidad nominal del pino 3

radiata ( != 459 [kg/m ]) •

Sobre carga 1:

Se considera una sobre carga de uso de losa 2

de 200 [kg/m ] •

Sobre carga 2:

Se considera una sobre losa de hormigón de 10 [cm] de espesor.

Con las cargas anteriores, se generan las siguientes combinaciones.

•

C1:

PP + SC1

•

C2:

PP + SC1 + SC2

40

10.2 Determinación de tablas de pre dimensionamiento.

La tabla 12 muestra las cargas máximas admisibles para las losas al considerar una deformación máxima de L/300.

Tabla 12 – Cargas máximas admisibles de losas a flexión [kg/m 2].

Los resultados obtenidos de esta tabla se comparan con las cargas de las dos combinaciones consideradas, de manera de obtener un largo máximo admisible para cada panel.

Para el caso de la combinación C1=PP+SC1, se tiene que para un panel de 12 [cm] de espesor, la carga que debe ser capaz de soportar la losa es de 255 [kg/m2], por lo que el largo máximo admisible para esta losa es de 5 [m]. Ahora si se considera para esta misma losa la combinación 2

C2=PP+SC1+SC2, la carga que debe soportar el panel es de 495 [kg/m ], por lo que la longitud máxima de esta losa se limita a solo 4 [m].

41

Para el caso de una losa simplemente apoyada que considera solo el peso propio mas la sobre carga de uso, se obtienen las longitudes admisibles presentadas en la tabla 13,

Tabla 13 – Longitudes máximas de losas considerando PP+SC1

Estos resultados al graficarlos se pueden visualizar de la siguiente forma (ver figura 29).

Fig.29 – Grafica 7: Longitudes máximas de losas considerando PP+SC1 En general se puede observar de la grafica, que a medida que se aumenta la luz entre los apoyos, la carga máxima que se puede aplicar en las losas disminuye. Las máximas longitudes son alcanzadas por aquellas losas que tienen espesores mayores a 16 [cm]. La menor longitud obtenida, corresponde a una losa de 9 [cm] de espesor, la cual tiene como luz máxima entre apoyos 3,5 [m].

42

Ahora, si se considera una losa simplemente apoyada, la cual además tiene una sobre losa de hormigón de 10 [cm] de espesor, y se sigue considerando una sobre carga de uso y el peso propio de la losa, se obtienen las longitudes admisibles presentadas en la tabla 14,

Tabla 14 – Longitudes máximas de losas considerando PP+SC1+SC2

Al graficar estos resultados se pueden visualizar de la siguiente forma (ver fugura 30).

Fig.30 – Grafica 8: Longitudes máximas de losas considerando PP+SC1+SC2 Al igual que en el resultado anterior se observa que a medida que aumenta la carga aplicada sobre la losa, la longitud de esta disminuye. Sin embargo se puede observar que para esta condición de carga, la losa de 19 [cm] de espesor es la única que puede alcanzar una longitud máxima de 6 [m]. Además la longitud máxima que puede alcanzar la losa de 9 [cm] de espesor es de 3[m].

43

11.CONCLUSIONES En este capítulo se presentan las conclusiones de los resultados obtenidos, y se dará una respuesta a los objetivos planteados de esta investigación. Se debe tener presente que las conclusiones de este documento, reflejan solo los resultados obtenidos de paneles con características particulares, las cuales se indican en los primeros capítulos.

11.2 Conclusiones y comentarios. Los resultados obtenidos permiten establecer las siguientes conclusiones derivadas del estudio

•

De los dos adhesivos estudiados se pudo observar que el poliuretano posee una resistencia un 24,5% superior a la urea. Alcanzando a tener una resistencia promedio de 877,25 [kgf] antes de producirse las mayores deformaciones.

•

Además de la superioridad del poliuretano frente a la urea desde un punto de vista de resistencia, el poliuretano presenta otras ventajas significativas como por ejemplo este reacciona con la humedad de la madera, requiere una presión de prensado menor a la requerida por la urea, y lo más importante, no genera emanaciones nocivas, como el caso de la urea formaldehído .

•

El uso de la prensa de vacío, permite una construcción rápida y de bajo costo de los paneles contralaminados.

•

Del ensayo de compresión aplicado a los paneles, se observo que, el que la curva de deformación bajo carga sea muy similar a la curva de deformación residual, es atribuible solo al aplastamiento de una capa del panel o del acomodo de este.

•

Del ensayo de compresión se observo que para la deflexión de los paneles luego de ser cargados con 48 [Ton], pueden recuperar su estado original en un 90 %.

44

•

Los paneles de CLT al ser cargados horizontalmente, presentaron deformaciones de hasta 11,33[mm] y con una capacidad de volver a su estado original de un 84,4 %. Se determino un MOE para paneles de 16.556 [MPa]

•

Las losas de CLT al ser cargadas verticalmente, se deformaron 42,7 [mm] con una carga máxima de 20 [Ton], y tuvieron un porcentaje de recuperación de su estado original de un 95%. Se determino un MOE de 8.630 [MPa]

•

En base a los resultados obtenidos de los ensayos de flexión en losas, se observó que las losas construidas con madera de pino radiata nacional poseen un MOE un 21,5% mas bajo que las losas de madera contralaminada europeas que poseen un MOE de 11.000 [MPa].

•

Independiente de que las losas de madera contralaminada nacionales posean un MOE menor que las fabricadas en europa, los resultados obtenidos de los ensayos realizados muestran que estas si pueden ser una alternativa valida de losas para edificaciones de mediana altura.

•

En base a los resultados obtenidos de los ensayos a paneles y losas, basados en la norma INN-Nch 806 Of.71 es posible clasificar estos paneles como IC-RC3C -RH3C -RT3C

11.2 Futuras áreas de investigación. De acuerdo al objetivo general en el campo de las investigaciones tendientes a caracterizar la madera contralaminada (CLT) en el uso de edificaciones de mediana altura y según lo analizado en este estudio, es posible recomendar como temas de interés los siguientes:

•

Realizar una caracterización mecánica de paneles contralaminados de 5 y 7 capas.

•

Analizar el comportamiento de un panel contralaminado al estar expuesto al fuego.

•

Validar la metodología de cálculo empleada en países europeos con parámetros obtenidos al utilizar madera de pino radiata nacional.

•

Estudiar las uniones entre paneles (muro-losa, muro-muro, losa-losa).

45

12.REFERENCIAS •

Samlaic, J.1983. Los problemas actuales y las posibilidades de adhesivos para madera. Revista da Madeira. 374: 7-10

•

Peterson, R.W.1964. Wood adhesives. Otawa, Forest Products Reseach Branch, n.1055

•

FPInnovations, 2010. Cross Laminated Timber; a Primer.

•

Arne G., R.D. 2010. Non destructive evaluation of stiffness properties of crosslaminated solid wood panels.

•

MM Kaufmann.2012. Cross Laminated Timber Panels, M1 BSP crossplan. (Disponible en:http://www.mmkaufmann.com/fileadmin/ablage/dokumente/dokumente/MMK_M1_BSP_cros splan_En.pdf Consultado el: 1 de Agosto del 2012 )

•

INN-Nch

801

Of.03:

Elementos

de

construcción

–

Paneles

–

Ensayos

de

compresión.

•

INN-Nch 802 Of.71: Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados- Ensayos de

carga horizontal.

•

INN-Nch 803 Of.03: Elementos de construcción – Paneles – Ensayos de flexión.

•

INN-Nch 806 Of.71: Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Clasificación

y requisitos.

Caracterización mecánica de madera solida laminada

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