Sistema Constructivo en Madera Contralaminada Para Edificios

CLTChile

SISTEMA CONSTRUCTIVO EN MADERA CONTRALAMINADA PARA EDIFICIOS

Paulina González Erick Saavedra Eduardo Perez Camila Burgos Freddy Piña Mario Wagner

innovación / sustentabilidad

ESTUDIOS DE INGENIERÍA PARA INTRODUCIR EN CHILE UN SISTEMA CONSTRUCTIVO DE RÁPIDA EJECUCIÓN PARA EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA,

UTILIZANDO ELEMENTOS DE MADERA CONTRALAMINADA

Apoyado por CORFO 12BPC2-13553

Ingeniería en

Obras Civiles

CLTChile

SIST EMA CONST R UC T IV O EN MAD ERA CO N T RAL AMIN AD A PARA ED IF ICO S

S I S T E M A C O N S TR U C T I VO E N M A D E R A C O N T R A L A M I N A D A PA R A E D I F I C I OS

Agradecimientos

L

os autores expresan sus agradecimientos a todas las instituciones y empresas que hicieron posible la ejecución del proyecto que dio origen al presente documento. En particular, a aquellas que se mencionan a continuación. A Innova Corfo por el financiamiento otorgado para la ejecución del proyecto y por el apoyo administrativo brindado. A la Corporación de Desarrollo Tecnológico de la Cámara Chilena de la Contrucción (CDT - CChC) por su invaluable participación en calidad de Asociado Mandante del proyecto, así como en el proceso de difusión de los resultados Al Ministerio de Vivienda y Urbanismo, en especial a la DITEC (División Técnica) de este Ministerio, por las recomendaciones realizadas para el adecuado desarrollo de este proyecto. A Incafust por el apoyo técnico brindado a través de la participación de un profesional en el proyecto. A la empresa Rothoblaas por la donación de conectores para la realización de ensayos. A la empresa Simpson Strong Tie por la donación de conectores para la realización de ensayos.

Equipo CLT Chile

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Prólogo


N

aturalmente el uso preferente de la madera para la construcción en nuestro país, se remonta al período anterior a la llegada de los europeos lo mismo que durante la Conquista y la República. Sin embargo durante el siglo XX, hasta nuestros días, esta preferencia se vio mermada sobre todo en los centros urbanos, debido a la elección de otros materiales y tecnologías para llevar a cabo obras de todo tipo. En el último tiempo, la madera y sus derivados han logrado abrirse paso en el mercado de la construcción debido a su gran cantidad de ventajas, propiedades, formas y usos. Sin embargo, estos niveles siguen siendo bajos si se considera la abundancia del recurso maderero en Chile, máxime si se compara con la cantidad de construcciones en base a madera industrializada en los países desarrollados. Chile es un gran productor de madera aserrada. A modo de ejemplo, las plantaciones de pino radiata existentes disputan el primer lugar mundial con Nueva Zelanda, país en donde la construcción de viviendas en madera alcanza, aproximadamente, a un 70 % (Auckland y Wellington quedan a la altura de Los Ángeles en la Región del Bio Bio). De acuerdo con información proporcionada por el Instituto Nacional de Estadísticas (2008), se puede señalar que de las 150.000 viviendas que se construyen al año en Chile, solo el 15% son de madera, mientras que en Canadá, Nueva Zelanda y Australia, más del 80% de la producción de madera aserrada se destina a construcciones habitacionales. Los métodos de diseño, estructuración y construcción usados extensamente en los países desarrollados son poco conocidos por los profesionales chilenos. Además, la información en estos países desarrollados señala que dichas viviendas son de alta calidad, gran durabilidad, cómodas, económicas y durables. El estudio de la metodología de estructuración y construcción, tan exitosamente aplicada en los países industrializados, debe ser un acicate importante para impulsar el uso de la madera en la construcción de edificios y viviendas a un menor costo, en un menor tiempo, de excelente calidad y más liviana en comparación con estructuras similares, lo que es muy importante considerando que nuestro país está ubicado en una de las zonas de más alta sismicidad del mundo.

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SIST EMA CONST R UCT IV O DE R ÁPIDA EJECU CIÓ N PARA ED IF ICIO S U T IL IZAN D O MAD ERA CO N T RAL AMIN AD A

S I S T E M A C O N S TR UC T I VO D E R Á P I D A E J E C UC I Ó N PA R A E D I F I C I O S UT I L I Z A N D O M A D E R A C ON TR A LA M I N A DA

La madera se usa en nuestro país para viviendas de campamentos, poblaciones de emergencias, y otros recintos no destinados a uso habitacional permanente, y se le considera peligrosa debido a que es combustible, expuesta a insectos xilófagos y animales, y porque se pudre, entre otras razones. Estas posibles desventajas que presentaría la madera como material de construcción han sido desestimadas y superadas en los países desarrollados (Estados Unidos, Canadá, Nueva Zelandia, Australia, Inglaterra y otros países de Europa) porque los profesionales de la construcción conocen la forma de evitar o prevenir cada una de ellas, esto último no sucede en Chile y es el propósito central de este estudio, poner a disposición del sector los conocimientos y herramientas que terminen con los conceptos errados que se tienen de la madera.

El primer aspecto que se debe tener en consideración para concretar la construcción de edificios de mediana altura en Chile, estructurados en madera, es el contenido de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción (OGUC) que, en el título 5, capitulo 6, artículo 5.6.7, señala: “Las edificaciones con estructura de madera que no se sometan a cálculo estructural, podrán tener hasta dos pisos, incluida la cubierta o mansarda, si la hubiere, y con una altura máxima de 7 metros”. En este documento oficial no se entregan mayores antecedentes respecto de proyectos que efectivamente dispongan de diseño estructural.

Hoy en día, la oportunidad de emplear elementos estructurales de madera en Chile existe, pues la producción de madera aserrada es altísima y, al mismo tiempo, la escasez de viviendas económicas de buena calidad es muy elevada. La labor que aún está pendiente es dar a conocer a los profesionales del área los principios básicos de la construcción en madera, tal como se practica en la actualidad en los países desarrollados. El desconocimiento de las ventajas de la madera en construcciones habitacionales se origina en la formación de los profesionales universitarios. Sólo es necesario revisar los planes y programas de estudios de las distintas universidades del país para concluir que un número escaso de ellas contempla una asignatura actualizada de construcción o diseño de viviendas de madera. Por esta razón, a pesar de que la madera posee innumerables propiedades y características que permiten definirla como uno de los materiales que mayores ventajas presenta para su uso en construcción, especialmente en estructuras de carácter residencial, su utilización en Chile es muy limitada. Desde hace varios años se han realizado esfuerzos para que se utilice la madera como material estructural en proyectos habitacionales. Sin embargo, ésta ha sido una tarea lenta y compleja que ha permitido lograr avances reducidos. El alto número de congresos, seminarios y charlas realizadas constituyen el reflejo del interés que han demostrado los organismos públicos y privados por fomentar y posicionar la madera como un material de construcción confiable y ecológicamente sustentable, pero la necesidad de insistir en los mismos temas en cada uno de estos eventos, es una clara muestra del limitado progreso alcanzado. Este lento avance se debe a múltiples factores, entre ellos la mala percepción social respecto de las viviendas de madera, así como la carencia de códigos y normas adecuadas para construcciones de mayor envergadura. A pesar de esta situación adversa, el país dispone de los recursos materiales y humanos que si fueran potenciados y desarrollados correctamente, podrían traducirse en el posicionamiento efectivo de este recurso como material de construcción, ya que permite desarrollar soluciones habitacionales para satisfacer la demanda en todos los estratos socioeconómicos.

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La Dirección de Obras Municipales (DOM) de la Municipalidad de Santiago, ante una consulta realizada en el año 2009, sobre la restricción en altura que podría presentar la comuna para un edificio de tres o más pisos, estructurado completamente en madera, señaló que no existe limitación en cuanto a la proyección en altura para estructuras en madera. Además, indicó que el proyecto sólo debe cumplir con el plan regulador de la comuna y las exigencias de diseño, construcción, habitabilidad y seguridad que se exigen para cualquier otro tipo de edificio de carácter residencial, además de contar con la aprobación de un revisor externo. Para corroborar esta información, ese mismo año 2009 se contactó a la Municipalidad de Lo Barnechea la cual entregó la misma información otorgada por la DOM de la Municipalidad de Santiago, agregando que la responsabilidad, respecto al correcto funcionamiento y comportamiento de una estructura, es principalmente de los diseñadores, calculistas y revisores del proyecto. Por último, el MINVU, específicamente la División de Desarrollo Urbano (DDU), a través del Departamento de Planificación y Normas Urbanas confirmó, en la misma fecha mencionada, las respuestas entregadas por el DOM, agregando “que para este tipo de construcciones existen vacíos en la actual Ordenanza y Normativa, por lo que la responsabilidad recae exclusivamente en los profesionales a cargo”. Para el cálculo de edificios en Chile, cualquiera sea el material a utilizar, se deben emplear las siguientes normas: NCh 1537. “Diseño estructural de edificios. permanentes y sobrecargas de uso” para las solicitaciones de peso propio y sobrecarga.

Cargas

NCh 431 “Construcción. Sobrecargas de nieve”, para las solicitaciones de la acción de la nieve. NCh 432. “Cálculo de la acción del viento sobre construcciones”, para las solicitaciones del viento.

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S I S T E M A C O N S TR U C T I VO D E R Á P I D A E J E C U C I Ó N PA R A E D I F I C I O S UT I L I Z A N D O M A D E R A C ON TR A LA M I N A DA

NCh 433.Of96. Modificada en 2009 “Diseño sísmico de edificios”, y el decreto supremo N° 61 del 13 de diciembre de 2011, para las solicitaciones debido a la acción del sismo.

Los usuarios potenciales de este sistema constructivo serían, por una parte los habitantes de todo el país, las empresas constructoras que podrían incluir dentro de sus productos un nuevo material de construcción, las empresas proveedoras de productos derivados de la madera que podrían diversificar sus productos en el mercado nacional, lo mismo es válido para las empresas proveedoras de equipamiento, herramientas y otros elementos necesarios para la construcción de estructuras de madera.

Por su parte, para el diseño estructural en madera, se utiliza la norma NCh 1198, “Madera – Construcción en madera – Cálculo”, para el diseño de los elementos estructurales principales. Este código contiene restricciones, recomendaciones y metodologías de diseño válidas para distintos elementos estructurales. La norma NCh 433 contiene disposiciones que limitan el diseño de edificios de mediana altura utilizando madera; en particular el desplazamiento horizontal máximo admisible de entre niveles ha sido calibrado para edificios de hormigón armado, que presentan un valor muy reducido de este parámetro. Para abordar las limitantes antes mencionadas, relativas al uso de la madera en edificios de mediana altura en Chile, se propone utilizar un nuevo material denominado madera contralaminada (CLT). Actualmente, este material es uno de los productos derivados de la madera más emblemáticos para la construcción de edificios de mediana altura en países desarrollados como Canadá, Nueva Zelanda, Estados Unidos, y en la Comunidad Europea. El CLT presenta la ventaja de presentar excelentes características de aislamiento térmico y acústico, lo cual aumenta el bienestar de los moradores y reduce los gastos energéticos en los sistemas de calefacción. Este material permite la construcción masiva de soluciones habitacionales de mediana altura por su elevada capacidad sismorresistente y adicionalmente favorece la reducción de CO2 de la atmósfera.

Adicionalmente, es de público conocimiento que la población del país está dispuesta a utilizar sus recursos económicos en una vivienda que posea las propiedades térmico-acústicas y de confort que ofrece este nuevo material de construcción. Finalmente, les presentamos nuestro trabajo que, como el huevo de Colón, pretende mostrar un camino directo, económicamente viable y naturalmente sustentable, del uso de la madera modernamente tratada en las viviendas y demás construcciones urbanas y suburbanas.

La contribución del trabajo desarrollado en el Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile, en el marco de la ejecución del proyecto Innova Corfo 12BPC2 – 13553, cuyos resultados se presentan en forma resumida en este documento, consiste en la proposición de una tipología de edificación de mediana altura utilizando CLT, la que tiene carácter de innovación tecnológica, pues aún no se ha utilizado en nuestro país.

Paulina González Soto Directora Responsable

Ingeniero Civil / Magíster en ingeniería Sísmica

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Índice

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Agradecimientos

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Prólogo

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CAPÍTULO 1 / Introducción

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Equipo de Trabajo

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CAPÍTULO 2 / Estado del Arte

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ESTADO DEL ARTE DE LA MADERA CONTRALAMINADA

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Procesos de fabricación del CLT

37

Propiedades físicas y mecánicas

47

Obras de arquitectura realizadas en CLT

53

CAPÍTULO 3 / Proyecto de Arquitectura

55

PROYECTO DE ARQUITECTURA

60

Planos de arquitectura

69

CAPÍTULO 4 / Manual de Fabricación

71

MANUAL DE FABRICACIÓN DE PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE

72

Recursos Empleados

74

Requisitos Generales del Adhesivo

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Maquinaria de Fabricación

gopixpic.com


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Proceso de fabricación de Paneles CLT

156 Características del Ensayo

88

Clasificación de Piezas

158 Gráficos

105 Uniones de elementos mediante adhesivo

160 Cargas

123 Almacenamiento de Paneles

161 Fallas

129 Ficha Técnica de la Fabricación de Paneles CLT

171 Conformidad con los Requisitos 173 CAPÍTULO 6 / Diseño Estructural

131 CAPÍTULO 5 / Informe de Ensayos 133 INFORME DE ENSAYOS MECANICOS EN PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE

175 DISEÑO ESTRUCTURAL DE ELEMENTOS DE CLT FABRICADOS CON PINO RADIATA 177 Diseño de losas y vigas de CLT sometidas a flexión

134 Equipos utilizados en el Ensayo

178 Método Gamma

141 Características del Ensayo

184 Método K

142 Gráficos

187 Método de la analogía de corte

144 Cargas

192 Diseño de muros y columnas de CLT

144 Fallas, Alabeos y Desprendimientos

197 Diseño de uniones y conectores

145 Conformidad con los Requisitos

204 Factor de modificación de la respuesta R en el diseño sísmico

145 Ensayo de Compresión 209 CAPÍTULO 7 / Anteproyecto de Norma 146 Equipos utilizados en el Ensayo 148 Características del Ensayo 152 Cargas

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211 ANTEPROYECTO DE NORMA DE FABRICACIÓN DE PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE

152 Fallas, Alabeos y Desprendimientos

213 NORMA CHILENA OFICIAL

152 Conformidad con los Requisitos 152 Ensayo de Flexión

213 Madera contralaminada encolada estructural Requisitos e Inspección

154 Equipo utilizados en el Ensayo

247 Comentarios y Conclusiones

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Capítulo 1

Introducción

En este documento se presentan los resultados obtenidos en la ejecución del proyecto, principalmente los referidos a los aspectos técnicos del sistema constructivo que se pretende introducir en el país, así como aquellos que corresponden a las características físicas y propiedades mecánicas de los elementos estructurales que constituyen el sistema de edificación.

Madera

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+

En primer lugar, en el capítulo 2 de este informe se expone una síntesis del estudio del estado del arte del sistema constructivo realizado, en el que se aborda todos los temas involucrados, tales como el proceso de fabricación de paneles de madera contralaminada (CLT), los ensayos de determinación de las propiedades físicas y mecánicas, la normativa, el comportamiento de los conectores, el proceso constructivo y el procedimiento de diseño estructural.

innovación

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En el capítulo 3, se presentan los conceptos de diseño arquitectónico y la planimetría de un proyecto de un edificio prototipo de 4 pisos de altura. Luego, en el capítulo 4, se incluye un manual de fabricación que considera la preparación de los elementos que conforman el panel de madera contralaminada, el ensamble en seco, y también los procesos de encolado y prensado. En el Anexo A se presenta un anteproyecto de norma de fabricación de estos elementos. A continuación, en el capítulo 5, se entregan los resultados de los ensayos efectuados para la determinación de propiedades mecánicas del panel, junto con los protocolos de realización respectivos. Posteriormente, en el capítulo 6, se expone un estudio sobre el diseño estructural de elementos de CLT, incluyendo el comportamiento de uniones y conectores de estos elementos. Asimismo, se presenta una proposición preliminar de valores de parámetros relativos al diseño sísmico de edificios de mediana altura en madera contralaminada. Finalmente, en el capítulo 7, se incluyen comentarios y conclusiones que se derivan del trabajo realizado.

Equipo de Trabajo

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ERICK SAAVEDRA FLORES Director Alterno Doctor en Ingeniería Civil, PhD (Universidad de Swansea, Gales, Reino Unido) Ingeniero Civil en Obras Civiles (Universidad de Santiago de Chile) Especialista en Mecánica Computacional de Sólidos y Estructuras Académico Jornada Completa Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Universidad de Santiago de Chile

CAMILA BURGOS LEIVA EDUARDO PÉREZ PULGAR

PAULINA GONZÁLEZ SOTO

Ingeniero Investigador

Directora Responsable

Ingeniero Civil Industrial Universidad de Santiago de Chile Jefe Técnico de Laboratorio de Maderas LIMUS Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Universidad de Santiago de Chile

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Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería Sísmica Universidad de Chile Directora y Académica Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Universidad de Santiago de Chile

Arquitecto Investigador Arquitecto UBB, M.Sc UPC PhD (c) UPC Académica Departamento Tecnologías Industriales Universidad de Santiago de Chile

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FREDDY PIÑA BURGOS Doctor en Ingeniería Civil, PhD (Universidad de British Columbia) Ingeniero Civil en Obras Civiles (Universidad de Santiago de Chile) Académico Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Universidad de Santiago de Chile

MARIO WAGNER MUÑOZ Ingeniero Civil Gerente Técnico INGE-WAG



Modelo Constructivo de Vivienda Social

rubner.com

Brescia, Italia. 23



Capítulo 2:

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Estado del Arte

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Informe Técnico

ESTADO DEL ARTE DE LA MADERA CONTRALAMINADA Antecedentes generales

La madera se ha utilizado en muchos países como revestimiento de fachadas. En general, ésta se acababa con una pintura que requería de un mantenimiento regular, apoyándose en un soporte íntegramente realizado en madera. Este material es un recurso natural renovable, ofrece grandes ventajas ambientales favoreciendo los procesos de soporte al ecosistema y brindando enormes garantías como materia prima de alto potencial mecánico y estético para la construcción. Siempre teniendo presente la explotación controlada de los bosques. La madera contralaminada, cuya traducción al inglés es Cross Laminated Timber (CLT), fue desarrollada por primera vez en Austria y Alemania, como un producto innovador de madera que ha ido ganando popularidad en los últimos años. Durante mucho tiempo, los progresos en esta área fueron lentos, hasta que en los inicios del año 2000 la construcción en CLT llegó a aumentar significativamente, impulsada principalmente por nuevos proyectos pilotos en base a “construcción verde”, como también por la mejora en la eficiencia del proceso productivo y el marketing de distribución. Otro factor importante fue el cambio en la percepción general que sostenía que el CLT era un material ligero de construcción que no se encontraba a la par de materiales como el hormigón armado o la albañilería, que han sido ampliamente usados alrededor del mundo por muchas décadas. La experiencia europea indica que el CLT es un tipo de construcción competitiva, sobre todo en estructuras de mediana y gran envergadura (Gagnon y Pirvu, 2011). El CLT es comúnmente utilizado en la construcción de pisos estructurales y muros de edificios, y ha sido exitosamente empleado para la construcción de edificios de hasta 9 pisos en el Reino Unido, tal como se muestra en la Figura 2.1.

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Figura 2.1. Edificio Murray Grove, ubicado en Hackney, Londres, Reino Unido. El edificio tiene 9 pisos y ha sido construido en base a paneles CLT (Sutton et al. 2011).

La Figura 2.2 muestra una línea del tiempo del desarrollo del CLT. En ella puede distinguirse una primera fase, hasta fines de los años 90, que consisten principalmente en la fabricación de prototipos, patentes y nuevas ideas.

Figura 2.2. Línea de tiempo del desarrollo del CLT (Brandner, 2013; Schickhofer, 2010)

Posteriormente, desde los inicios de 2000, una nueva fase de desarrollo puede observarse, caracterizada por el constante aumento de las capacidades de producción, proyectándose una duplicación (0.6 mill m3) o triplicación (1.0 mill m3) del potencial de producción en el mundo para el año 2015 (Brandner, 2013; Schickhofer, 2010).

La madera contralaminada está formada por capas de madera (conífera) encoladas por su cara ancha (a veces también por el canto) y dispuestas en forma cruzada (típicamente en 90º), aplicando posteriormente un prensado para formar elementos de madera maciza de gran tamaño. Las principales ventajas del CLT pueden resumirse en los siguientes puntos: • • • • • • • • • •

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Material sostenible desde el punto de vista ecológico Compatible con acero, vidrio y otros materiales Buenas propiedades estáticas Componentes delgados que permiten ganar espacio Elementos prefabricados con gran exactitud en las medidas Corte por CNC Suministro directo a la obra Facilidad de montaje Construcción en seco Rápida disponibilidad de las construcciones para ser usadas

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Procesos de fabricación del CLT


Selección, agrupación, cepillado y corte de tablas

Descripción general La producción del CLT involucra los siguientes procesos: selección de la madera, agrupación y cepillado, corte de tablas, aplicación del adhesivo, panelado, prensado, lijado y corte de paneles, calificación y empaque. La Figura 2.3 ilustra todas las etapas de producción de un elemento de CLT.

En general, la clasificación de las tablas se realiza visualmente (NCh 1207 of. 90), aunque también es posible incorporar criterios basados en resistencia mecánica (NCh 2150, modif. 1991). Comúnmente, la clasificación visual limita la presencia de características con efectos reductores sobre las propiedades mecánicas, tales como nudos, grietas o defectos presentes en la madera. La clasificación mecánica establece una selección de acuerdo al grado estructural de la madera, y consiste en un agrupamiento de piezas de similares características mecánicas (obtenidas experimentalmente), e igualmente adecuadas para un uso o aplicación. Al inicio del proceso productivo, la madera tiene un contenido de humedad alrededor del 50% y el 110%, reduciéndose a valores entre 16 y 18% a partir de secado al aire libre (Viotto, 2013). Para conseguir contenidos de humedad cercanos al 12%, y así evitar el ataque de plagas, hongos o insectos, debe recurrirse al secado artificial de las maderas. El proceso de selección de las tablas debe considerar el mismo contenido de humedad entre elementos para evitar las deformaciones diferenciales debidas a la higroscopicidad de la madera.

Figura 2.3. Fases de producción de un elemento de CLT (Viotto, 2013).

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El control de la temperatura en la madera también es un parámetro importante que se debe mantener constante entre las tablas. La temperatura en el ambiente

también debe ser monitoreada constantemente, recomendándose un valor de al menos 15oC durante la fabricación de elementos en maestranza (Gagnon y Pirvu, 2011). Una vez que el proceso de clasificación y selección se ha llevado a cabo, se procede a la agrupación de las tablas. En esta etapa es común agrupar separadamente las tablas dispuestas en la dirección mayor (asociada a la resistencia mayor del elemento) y aquellas dispuestas en la dirección menor del CLT (menor resistencia). Así, las tablas dispuestas en la dirección mayor tendrán un grado estructural más elevado y una mejor clasificación visual que las tablas orientadas en la dirección menor. También es posible ubicar tablas de mejor grado estructural en los sectores del panel donde se instalarán pernos y pasadores, con el fin de maximizar la efectividad de los medios de unión. Después del proceso de agrupación, las tablas pasan a la etapa de cepillado, en donde se regularizan sus espesores y acabados superficiales. El cepillado también puede incluir los cantos de las tablas, para obtener una escuadría perfecta, sin separaciones ni aberturas entre tablas. Luego, las tablas son cortadas según el largo deseado mediante maquinaria de control numérico.

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Encolado En general, este proceso se realiza utilizando pegamento PUR (adhesivo poliuretano) o pegamento PRF (FenolResorcinol-Formaldehído). La cola se aplica de manera óptima y automática; en líneas paralelas a través de un sistema hermético desde el mismo container del adhesivo. Las capas pueden ser levemente humedecidas a través de niebla (aproximadamente 15 - 20 g/m2) para ayudar en la reacción de curado cuando el adhesivo PUR es usado. La producción generalmente tiene una velocidad de 20 - 60 m/min (KLH MassivholzGmbH; Gagnon y Pirvu, 2011). La aplicación del adhesivo debe ocurrir dentro de las 24 horas siguientes al cepillado, para evitar la oxidación de la superficie, envejecimiento e inestabilidad dimensional de la madera, y mejorar la humectabilidad y efectividad en el pegado. El nivel de pegado de un adhesivo debe ser chequeado, ya que muchas veces el nivel deseado es afectado por la calidad de la madera y el sistema de aplicación, y la cantidad de pegamento usado debe asegurar una cobertura uniforme. Las capas de unión deben estar limpias y libres de sustancias repelentes al adhesivo, tales como aceites, grasas, y cualquier otro que provoquen un efecto perjudicial en la unión. Las superficies también pueden ser limpiadas con aire comprimido para remover el polvo. En general no se suele encolar los bordes de las capas, ya que esto agrega un costo extra de manufactura. Si esto quiere realizarse, los bordes deben ser cepillados antes. El encolado de las distintas capas de madera se lleva a cabo de forma automática, cubriendo toda la superficie. La cantidad de adhesivo empleada es de aprox. 200 gramos por metro cuadrado de sección encolada. Luego, a través de la aplicación de una presión definida, se asegura una unión de alta calidad.

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El pegamento PURBOND® posee una especial característica de elasticidad sin pérdida de adhesión, otorgándole una gran ductilidad a diferencia de otros poliuretanos y adhesivos estructurales. Una de las principales particularidades de este adhesivo es que puede ser utilizado incluso en el aprovechamiento y la unión de maderas verdes. FPInovations indica que los adhesivos que han sido utilizados para elementos estructurales en madera laminada en Canadá pueden ser perfectamente usados también en la elaboración de CLT. Estos adhesivos deben cumplir con estándares que lo acrediten para ser utilizados en elementos con exposición al exterior.

(a) PRF, color oscuro

(b) PUR, color blanco

Figura 2.4. Aplicación de diferentes adhesivos (Viotto, 2013).

Panelado y prensado Para formar el tablero se adicionan las capas, una sobre otra, de forma ortogonal a las fibras de la anterior, consiguiendo que la superficie de contacto entre capa no sea menor del 80%, este valor podría variar según las demandas estructurales (Viotto, 2013).

Para paneles gruesos de CLT, el prensado puede convertirse en un problema si se usan adhesivos que se curan con calor, como el fenol-formaldehido. Adhesivos estructurales “en frío” son usados preferentemente para aumentar la productividad en la manufactura.

Debido a la orientación cruzada de las capas longitudinales y transversales, los fenómenos de dilatación y contracción de la madera en el nivel de las placas se reducen a la vez que la capacidad de carga estática y la estabilidad de la estructura mejoran considerablemente. En configuraciones especiales, se pueden colocar dos placas consecutivas orientadas en la misma dirección, para obtener resultados específicos en cuanto a las capacidades estructurales del elemento. Los productos de CLT poseen generalmente de 3 a 7 capas, e incluso más en algunos casos, siempre considerando un número impar de capas (Gagnon y Pirvu, 2011). El grosor de las capas puede variar entre 10 mm a 50 mm, y el ancho varía desde 60 mm hasta 240 mm. Los extremos de cada tabla son unidos a través de fingerjoint usando adhesivo estructural.

Aparte del adhesivo tipo PUR, existen los adhesivos de tipos fenólicos como el fenol-resorcinol formaldehido (PRF), y las emulsiones de polímero de isocianato (EPI). El PRF es un adhesivo estructural bastante conocido y es comúnmente usado como adhesivo para la fabricación de madera laminada en Norteamérica. El adhesivo EPI es usado en madera para vigas y laminado. Cada clase de adhesivo posee atributos que pueden ser importantes. Por ejemplo, PFR es de un color café oscuro, en cambio EPI y PUR son de colores claros. La Figura 2.4 muestra la aplicación de los adhesivos PUR y PFR, junto con sus colores característicos. El adhesivo PUR es fabricado sin la adición de solventes o formaldehido, y reacciona a la humedad. Debido a la reacción química, PUR normalmente produce una leve espuma durante el proceso de endurecimiento.

La unión de las capas y sobre todo el tiempo de prensado, constituyen parámetros importantes en el proceso productivo. Existen 2 técnicas importantes para la unión de capas. Éstas son el método por vaciado y el método por prensa hidráulica. La primera técnica consiste en la

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aplicación de bajos niveles de presión, cercanos a 0,1 N/mm2. El inconveniente de este procedimiento es que dicha presión es tan baja que puede no ser suficiente para corregir las deformaciones de las tablas o irregularidades, sin poder garantizar el contacto continuo de las caras. El método de la prensa hidráulica permite proporcionar una mayor presión, llegando a presiones verticales cercanos de los 0.6 N/mm2 (Schickhofer, 2010). En general, se recomienda aplicar una presión lateral en el rango de 40 a 80 psi simultáneamente con la presión vertical anterior, con el fin de reducir los posibles espacios existentes entre las tablas de las mismas capas (Gagnon y Pirvu, 2011). La Figura 2.5 esquematiza la aplicación de una presión vertical en conjunto con una presión lateral opcional sobre un panel de CLT.

Figura 2.5. Presión vertical de prensado (Schickhofer, 2010)

(KLHMassivholzGmbH). Dicha tolerancia debe tenerse presente en el caso de detalles típicos, tales como en el apoyo de vigas sobre elementos de muro, como se indica en la Figura 2.6, o en el encuentro de paneles unidos por el ancho mediante un listón, tal como se ilustra en la Figura 2.7, entre otros. Las tolerancias del dimensionamiento de paneles de madera pueden encontrarse en la norma DIN 18203, Parte 3.

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Figura 2.6. Apoyo de vigas y entalladura de elementos de muro (KLH MassivholzGmbH)

Corte de paneles y marcado de productos rubner.com

La apariencia de la línea de unión y las herramientas que se usan para el corte son otras consideraciones importantes. La principal técnica utilizada para el dimensionamiento de elementos de CLT es mediante el Control Numérico Computarizado (CNC). La base de este método la constituyen los planos de producción y corte entregados por el cliente o la empresa constructora. La exactitud del corte se encuentra dentro de las tolerancias del sector, conforme a DIN18203, Parte 3, para los paneles de pared, suelo, techo y tejado de madera. Con el equipamiento adecuado los cortes pueden ser hechos por una empresa externa a la productora del CLT. La precisión del corte en paneles de CLT varía alrededor de ±2 mm, con una humedad de la madera del 12%

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Figura 2.7. Unión de paneles por el ancho mediante listón (KLH MassivholzGmbH) El corte parcial en taller, y el posterior acabado en obra, también es necesario en muchos casos como una medida para evitar posibles fallas estructurales. En estos casos, por ejemplo, es común considerar el corte parcial de los vanos destinados para las puertas en paneles de CLT. Esta medida permite garantizar la estabilidad estructural de los paneles durante el transporte y montaje, requiriendo, por lo tanto, que dichos cortes parciales sean terminados en terreno. La ubicación de placas de anclaje en estos tramos también debería ser evitada. Ejemplos de esta medida preventiva pueden ser encontrados en las figuras 2.8 y 2.9.

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Propiedades físicas y mecánicas Características generales Algunas propiedades del CLT se listan a continuación (KLH MassivholzGmbH):

Figura 2.8. Corte parcial de un vano en un panel de CLT con el fin de garantizar su estabilidad durante el transporte y montaje (Mills, 2010)

•

Superficies/calidades: Para revestir (NSI), vista industrial (ISI), vista vivienda (WSI).

•

Peso: 5.0 kN/m³ según EN 1991‐1‐1:2002 para cálculos estáticos; 471 kg/m³ para determinar el peso de transporte.

•

Movimiento higroscópico: En la dirección transversal al plano del panel, la contracción o hinchazón es cercana al 0,2% por cada tanto por ciento de humedad que pierda o gane la madera. En el plano del panel, el movimiento es unas 20 veces menor.

•

Conductividad térmica: λ = 0.13 W/(m*K) según EN 12524

•

Calor específico: cp = 1600 J/(kg*K) según EN 12524

•

Resistencia a la difusión del vapor de agua: μ = 25 a 50 según EN 12524

•

Estanqueidad del aire: Los paneles de 3 capas en calidad ISI o WSI y las planchas con 5 o más capas de cualquier calidad pueden considerarse estancos al aire, sin embargo deben sellarse adecuadamente los encuentros de los paneles entre sí y con otros elementos de la obra.

•

Comportamiento al fuego: Euroclase B-s2, d0

•

Velocidad de carbonización: Ritmo de 0.67 mm/min en caso de combustión solamente en la capa expuesta o de 0.76 mm/min en caso de combustión de varias capas.

En relación a las propiedades físicas de los adhesivos, pueden existir variaciones considerables entre cada clase. La Tabla 2.1 resume algunas características de los adhesivos PRF, EPI y PUR, comúnmente empleados para el CLT.

Figura 2.9. Transporte de un panel con corte parcial del vano de una puerta (Pinewood).

La última fase del proceso productivo del CLT es el marcado y empaquetado. La importancia de esta fase radica en que el tablero es definido como un sistema estructural prefabricado, y por lo tanto, la información en el marcado del tablero, permite que el proceso de transporte hasta la colocación del producto en obra, sea óptimo. La información rotulada en el marcado indica las características del tablero, la especie, los espesores, el tipo de adhesivos, el límite de humedad a la que puede estar expuesto, resistencia al calor del adhesivo, la dirección de cómo se propone que el panel trabaje estructuralmente y marcas dónde recibir los conectores.

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Tabla 2.1. Características de los adhesivos más empleados para CLT (Viotto, 2013)

Tabla 2.2. Tensiones admisibles y módulo de elasticidad para Pino radiata seco, MPa (NCh 1198 of. 2006)

Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas principales de la madera son su resistencia, dureza, rigidez y densidad. Esta última propiedad suele correlacionarse con la resistencia y dureza. Además, la madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos superior en relación a su peso, a la del acero. Tiene baja resistencia a la tracción y moderada resistencia al cizalle. Las propiedades mecánicas de los tableros varían según las calidades de las tablas utilizadas para producir los elementos de CLT. La Tabla 2.2 resume las tensiones admisibles y el módulo de elasticidad para Pino radiata en estado seco.

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La especie de madera más popular en Europa para la construcción de paneles de CLT es el Abeto, también conocido por su nombre científico Picea. Debido a la existencia de una gran cantidad de recomendaciones y tablas de diseño para CLT de origen europeo, resulta interesante conocer una comparación entre las propiedades mecánicas de ambas especies. La Tabla 2.3 presenta las tensiones admisibles a la flexión, tracción, compresión, cizalle y módulo de elasticidad para el Abeto, comúnmente utilizado en la industria del CLT en Europa, y el Pino radiata nacional.

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Tabla 2.3. Comparación entre las propiedades mecánicas del Abeto y del Pino radiata (NCh 1198 of. 2006, DIN 4074 y EN 338) Abeto S-10 (MPa)

Pino radiata G1 (MPa)

Pino radiata C24 (MPa)

Flexión

10

7,5

9,3

Tracción paralela

6

5.0

4.7

Compresión

8.2

7.5

8

Cizalle

1.1

1.1

1.1

Compresión normal

2.0

2.5

2.5

12300

10000

10200

Módulo de elasticidad

La Tabla 2.3 muestra la similitud existente entre las propiedades mecánicas del Abeto común grado S-10 y el Pino radiata grado estructural C24, por lo tanto, puede recomendarse el uso de catálogos confeccionados con Abeto grado S-10 para el pre-diseño de paneles CLT con Pino radiata chileno.

Propiedades térmicas y protección contra la humedad Los elementos de CLT tienen relación directa con la envolvente térmica, que se compone de los cierres en el edificio que separan los recintos habitables del ambiente exterior y las particiones interiores que separan los recintos habitables de los no habitables que a su vez estén en contacto con el ambiente exterior (Viotto, 2013). En este contexto, los principales parámetros característicos de los paneles de CLT son la transmitancia (U) y la resistencia a la difusión del vapor de agua (μ). La transmitancia térmica es la medida del calor que fluye por unidad de tiempo y superficie, transferido a través de un sistema constructivo, formado por una o más capas de material, de caras plano paralelas, cuando hay un gradiente térmico de 1°C (1 K) de temperatura entre los dos ambientes que éste separa. Cuanto menor es el valor de la transmitancia, mejor aislada está la estructura.

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A pesar de la poca transmitancia que tenga el CLT, en general se recomienda colocar una capa de material aislante por su exterior para alcanzar el grado de confort interior. Como referencia, un panel típico de CLT, de 100 mm de espesor, puede tener un valor de U sobre 0.9 w/m2K. Este valor puede reducirse a 0.35 w/m2K con la cobertura exterior del panel mediante una capa aislante de 70 mm de espesor (Viotto, 2013). El factor adimensional m indica cuántas veces es mayor la resistencia a la difusión del vapor de agua de un producto respecto a un volumen de aire de igual espesor (para el aire μ =1). Por lo tanto, cuanto mayor sea el valor de m mayor es la permeabilidad del muro. El adhesivo empleado para la unión de capas de madera en un panel de CLT crea una película estanca al vapor de agua, por lo que para la determinación de la protección de la humedad de un panel de CLT se puede emplear un valor de m entre 30 y 40. De esta manera se pueden conseguir cierres totalmente permeables a la difusión del vapor, sin riesgo de condensaciones interiores (Amatex). Comúnmente, las juntas de tableros requieren de un sellado al aire y al vapor de forma que no se generen puentes térmicos. Ésta es una medida rentable para mejorar la eficiencia energética de los edificios. Durante el montaje o en la fase de obra gruesa, los paneles de CLT pueden estar sometidos a variaciones climáticas debidas a los cambios de estación y la obra misma, por lo que es posible que en esta fase los paneles cambien su contenido de humedad. Tan pronto como los edificios son habitados, aparece un contenido de humedad medio de alrededor de 8-11%, en función de la humedad del aire. Este proceso, que puede durar unos 3 años, no influye en modo alguno en la capacidad de carga del elemento, aunque puede dar lugar a un cambio en el aspecto de la superficie según la madera empleada, o bien dar origen a la aparición de grietas o hendiduras (KLH MassivholzGmbH).

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Resistencia al fuego Propiedades acústicas La madera tiene la capacidad para amortiguar las vibraciones sonoras. Su estructura celular porosa transforma la energía sonora en energía calórica debido al roce, lo que permite que la madera absorba el sonido y reduzca la transmisión de las vibraciones a grandes distancias. La reducción de ruido en un piso típico de madera depende principalmente de los detalles constructivos, de los materiales, el espesor de las capas (terminaciones, cubierta superficial, materiales absorbentes de sonido), la unión entre capas, el tamaño y el espaciamiento entre juntas, etc. Para categorizar la aislación de sonido en elementos constructivos de viviendas pequeñas y edificios, la NBCC (National Building Code of Canada) establece 2 parámetros que permiten clasificar dichos elementos. El primero es el STC (Sound Transmission Class) que permite medir la aislación al sonido aéreo en particiones tales como muros, pisos, techos o puertas. La pérdida de transmisión del sonido en una partición es medida en laboratorio de acuerdo a los requisitos de la norma ASTM E90. Un STC elevado implica una mejor aislación acústica (Wave Engineering). El segundo parámetro es el IIC (Impact sound Insulation Class), y mide la aislación al sonido por impacto en un conjunto piso-cielo. Un valor alto de IIC indica un grado mayor de aislación acústica. El IIC es determinado en ensayos de laboratorio de acuerdo a la norma ASTM E492. Un valor de IIC igual a 50 es el mínimo requerido por la IBC (International Building Code) para separar dos viviendas (Wave Engineering). Comúnmente, la NBCC especifica un valor entre 30 y 70 dB para el STC de sistemas genéricos de pisos de envigado de madera, dependiendo en gran medida de los detalles constructivos. Así mismo, los datos proporcionados para IIC para pisos de envigado de madera oscilan entre 20 y 50 dB (Gagnon y Pirvu, 2011).

La madera al estar compuesta por carbono (material combustible), es más fácil que pueda ser degradada por el fuego, esta degradación es producida por reacciones químicas (combustión) las cuales disminuyen su sección lentamente dependiendo del tiempo que dure la exposición al fuego. Esta combustión se debe a que por medio del calor se combinan el carbono y el hidrógeno con el oxígeno, produciendo anhídrido carbónico y liberando vapor de agua. Ningún material puede soportar indefinidamente la acción del fuego sin deteriorarse. Colapsando todo tipo de edificio con distintos materiales a temperaturas críticas. En edificación con madera gracias a su baja conductividad térmica generalmente en grandes secciones se ve afectada por la carbonización en una superficie con una profundidad bastante pequeña. Este calor es insuficiente para liberar gases inflamables que son los que promueven el avance del fuego. El tiempo nos ha dicho que la utilización de materiales “no combustibles” no preserva a los edificios de ser dañados o destruidos por el fuego. Generalmente la combustión para la iniciación y extensión del incendio lo proporcionan casi siempre otros materiales mucho más inflamables que la madera. Hay otros factores que constituyen riesgos aún más importantes que las mismas construcciones de madera como lo son: que hayan muebles de madera y otros objetos, estos combinados con defectos de construcción, descuidos o ignorancia de la gente y falta de medios para extinguir rápidamente las primeras llamas. Las características positivas que posee la madera en relación a un incendio son: - La temperatura disminuye al interior gracias a su baja conductividad térmica. - Debido a la carbonización superficial impide la salida de gases y la penetración del calor. - Su dilatación térmica es despreciable, ya que no actúa sobre la estructura y no la deforma. La madera laminada posee un muy buen comportamiento ante el fuego, esto se refleja en que, por ejemplo, el acero pierde un 50% de su resistencia entre los 250°C a 550°C y pierde más de un 90% de su resistencia sobre los 750°C. Por el contrario, la madera pierde su resistencia lentamente

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y el material consumido por el fuego se carboniza (proceso llamado pirólisis), generando una capa aislante del calor. Según la American Institute of Timber Construction, la madera a 816°C de temperatura sometido por un periodo de 30 minutos conserva un 75% de su resistencia. Cabe destacar que un incendio común en una casa alcanza temperaturas máximas promedio de 900°C.

Tabla 2.4. Clasificación de elementos verticales de construcción según su resistencia al fuego (NCh 935/1 of. 1997)

La tasa de carbonización en paneles de CLT es de 0,76 mm / min. (según ensayos realizados por la empresa KLH). Esta cifra tiene en cuenta la combustión más rápida de las juntas y uniones. Para las capas superiores se debe utilizar el índice de carbonización de 0,67 mm/min. En Chile, la norma NCh 935 of. 1997 establece el procedimiento de ensayo para determinar la resistencia al fuego de elementos de construcción verticales, tales como tabiques y muros. El ensayo consiste en exponer el elemento bajo prueba y por una de sus caras, al calor de un horno de modo de imprimirle una temperatura, según la curva normalizada de tiempo-temperatura señalada en NCh 935/1 of. 1997, regida por la relación T=345×log(8t+1), donde T es la temperatura del horno en oC por sobre la temperatura inicial, T0, y t es el tiempo transcurrido expresado en minutos. De acuerdo a la norma, las condiciones de ensayo deben corresponder a un incendio real. Para cumplir con ello, el elemento en prueba debe ser de tamaño natural o bien de dimensiones relativamente grandes. De acuerdo a la norma NCh 935/1 of. 1997, los elementos de construcción, una vez sometidos a ensayos de resistencia al fuego, se clasifican, de acuerdo a su duración, en las siguientes clases indicadas en la Tabla 2.4.

En el caso que la primera capa se queme completamente, la rigidez efectiva del panel se reduce. Los paneles con 3 capas generalmente tienen una resistencia al fuego de 30 minutos (REI-30 / F 30). En cambio en un panel de 5 capas de la misma o similar espesor generalmente tiene una resistencia al fuego de 60 minutos (REI-60 / F 60), dependiendo de la carga. Cuando la pared forma parte de los muros de carga, la combustión desde ambos lados debe ser considerado. En este caso se recomienda el uso de paneles de 5 capas con la capa de cobertura en la dirección longitudinal de la pared. Las capas longitudinales - no portantes se quemarán y las capas transversales de soporte de carga no se verán afectadas en gran medida. Así, la resistencia al fuego será de un período de 60 minutos o incluso más de 90 minutos, con un espesor apropiado de las capas. Para los paneles de piso de 5 capas deben resistir mínimo como regla REI 60 / F 60, así como también los muros exteriores. La resistencia al fuego de los paneles de piso y las paredes debe ser probada en cada caso, dependiendo de la carga y la correspondiente norma nacional.

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Dependiendo de las condiciones legales, también es posible probar el fuego otros espesores que posean consistencia en la resistencia de cálculo (REI-90 / F 90, REI-120 / F 120, etc, dependiendo de su espesor).

La Tabla 2.6 muestra los resultado de los ensayos de resistencia al fuego muestran un alto nivel de resistencia con datos que van desde los 57 a los 178 minutos en función del espesor de los tableros (National Research Council, Canadá. http://www.nrc-cnrc.gc.ca/ci-ic/article/v17n4-4).

En este proyecto se han utilizado paneles de 3 capas tanto para losas como muros.

Tabla 2.6. Resultados de resistencia al fuego del CLT (KLH)

Tabla 2.5. Resistencia al fuego del CLT (KLH)

Obras de arquitectura realizadas en CLT. Edificio Stadthaus N1 Londres - Inglaterra Las prestaciones de los paneles de CLT, han sido investigadas por el NRC National Research Council Canada, lo cual permite apreciar excelentes resultados en relación a la resistencia al fuego de este tipo de paneles, en algunos casos se emplean placas de yeso para mejorar la resistencia de los paneles de madera (Figura 2.10 y 2.11).

Arquitectos: Murray Grove – Waugh Thistleton

Año: 2009

Figura 2.10 y 2.11. Ensayos de resistencia al fuego en estructuras de tableros de contralaminado (National Research Council, Canadá. http://www.nrc-cnrc.gc.ca/ci-ic/article/v17n4-4)

Figura 2.12. www.klhelement.com

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Edificio Residencial Vivienda unifamiliar

Melbourne – Australia

Sistrans - Austria

Arquitectos: Inmobiliaria Lend Lease

Arquitecto: Maaars architecture ZT GmbH

Año: 2012

Año: 2008

Figura 2.13. www.clt.info

Edificio Resindencial

Figura 2.15. http://www.plataformaarquitectura.cl/2013/05/18/se-inaugura-en-australia-eledificio-de-madera-laminada-mas-alto-del-mundo/

Judenburg - Austria Arquitectos: Roland Hagmüller, Mark Mack Año: 2002

Figura 2.14. www.klh.at

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Capítulo 3:

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Proyecto de Arquitectura

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PROYECTO DE ARQUITECTURA Introducción

Como ya es sabido el uso de la madera en Chile ha Como Como ya es sabido el uso de la madera en Chile ha estado presente siempre en nuestra historia, pero en el último tiempo se ha visto mermado ya que se prefieren otros materiales y tecnologías, principalmente por los prejuicios que se tienen de la madera y el fuego. Además que no sólo está el prejuicio de que la madera es un material combustible, sino que también se degrada con facilidad a los efectos provocados en la intemperie y sus agentes xilófagos, además de los prejuicios sociales de ser viviendas de muy bajo estándar y de mala calidad. En nuestro país tenemos un abundante recurso maderero, el cual está siendo muy bien aprovechado, pero aún no se produce masivamente este material para la construcción, a pesar de poseer una gran disposición de pino radiata en el país. A modo de ejemplo, las plantaciones de pino radiata existentes disputan el primer lugar mundial con Nueva Zelanda, país en donde la construcción de viviendas en madera, llega, aproximadamente, a un 70 %. Como dato estadístico se puede señalar que de las 150. 000 viviendas que se construyen actualmente en Chile, solo el 15% (INE, Año 2008) son de madera, mientras que en Canadá, Nueva Zelanda y Australia, más del 80% de la producción de madera aserrada se destina a construcciones habitacionales. Los métodos de diseño, estructuración y construcción usados extensamente en los países desarrollados son poco conocidos por los profesionales chilenos. Actualmente en Chile existe un déficit habitacional importante, acrecentado por los daños causados por el reciente terremoto ocurrido el 27 de febrero de 2010 (el déficit es de 1.175.000 aproximadamente según la información del MINVU del año 2010). Las viviendas en su mayoría son construidas con materiales tradicionales, tales como albañilería y hormigón armado, que requieren un mayor costo de energía para materializarlas en comparación a la madera. Lo que se requiere para mejorar la situación planteada, es dar a conocer a los profesionales de la construcción lo que se realiza actualmente en los países desarrollados, particularmente el sistema constructivo en CLT ya que permite construir edificaciones de mediana altura en países sísmicos, empleando tiempos de ejecución inferiores a los que se requiere emplear si se ocupan los materiales que tradicionalmente se utilizan en Chile.

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Las potencialidades tipológicas de edificios de mediana altura en madera y sus variantes, pueden llegar a conformar modelos replicables, que posibilitarían la construcción masiva de soluciones habitacionales con características propias a la materialidad, al medioambiente y a las características geográficas y sísmicas de Chile, mejorando la calidad de vida de las personas.

La durabilidad de la madera depende en alto porcentaje de su buen mantenimiento, el acabado más utilizado es la pintura y el que mejor funciona. A su vez usando de manera correcta el material perdura por más de 100 años en servicio.

Si bien la madera cuenta con innumerables características y propiedades que convierten a este material en uno de los más aventajados al momento de construir, especialmente en estructuras de carácter residencial, su aplicación en Chile, es bastante limitada. El CLT ya es muy utilizado en Europa y en América del Norte con muy buenos resultados, es un material que se está abriendo mercado a pasos agigantados, por todas sus virtudes asociadas a la arquitectura, ya que además de ser un material estéticamente muy acogedor tanto para fachada como para el interior, posee no sólo cualidades de resistencia estructural y sísmica, sino que también porque se comporta de manera muy favorable tanto térmica como acústicamente, lo cual aumenta el confort de los habitantes y reduce los gastos energéticos en los sistemas de calefacción, favoreciendo la reducción de CO2 de la atmósfera. Con este nuevo sistema se estima una disminución del 30% del total del tiempo de construcción por efectos de tiempos de fraguado entre otros, y que tendría como resultado un aumento de productividad y ahorro de un 30% del costo de construcción. Se estima que los costos de construcción corresponden al 35% del valor del departamento.

Se propone introducir al país un nuevo sistema constructivo más sustentable, innovador y de rápida ejecución, como lo es el CLT.

Conceptos utilizados para el diseño del prototipo del edificio en CLT Para realizar el proyecto se toma en cuenta el D.S de habitabilidad Nº 49 de 2011, en donde se indican los estándares mínimos de recintos. Se deben incluir mínimo 4 recintos: Zona de Estar – Comedor – Cocina, al menos 2 dormitorios completos y un baño. Todos los recintos deberán contar con ventilación y luz natural a excepción del baño (mecanismo alternativo de ventilación). La cocina podrá tener luz y ventilación a través de la loggia. El metraje mínimo de los departamentos a diseñar debe ser de 55 m2. Además de considerar toda la normativa que indica la OGUC. Conceptos de diseño:

Realizando una evaluación de un solo departamento, la estimación de costos aproximados de construcción (incluye terreno) es de 12,7 UF/m2 para hormigón y de 11,8 UF/m2 con tecnología CLT, lo que corresponde a un ahorro del 10% aproximadamente del costo total. Además del ahorro de costos, debido a que se realiza en un 30% menos de tiempo, se produce una reducción de gastos financieros del gobierno y las empresas por el 30% del valor normal, permitiendo en forma paralela tener externalidades positivas, ya que las familias disminuyen los tiempos de espera de su vivienda definitiva. Desarrollándose, además una construcción limpia, rápida y con aislamiento térmico - acústico que permite mantener el calor en invierno y el frescor en verano (ahorrar en climatización tanto en invierno como en verano).

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- -

Tablero de ajedrez Código QR

Retícula en movimiento

Rubiks

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Se han utilizado los diferentes conceptos, los cuales están relacionados entre sí, tanto para la distribución funcional de sus recintos como en el diseño de las distintas fachadas. Generando movimiento de los diversos paneles al exterior con variadas graduaciones de las tonalidades de lasures para madera.

El proyecto se diseñó principalmente por la modulación que entregan los paneles y su dimensión de fabricación, así también teniendo en consideración los ejes estructurales.

- Generar movimiento a través de modulación – Jugar con la modulación. -

Distintos colores paneles y diferentes ventanas moduladas con la base del panel TIPO.

-

Código QR (Quick Response Code) – código de respuesta rápida – Almacena información – Edificio almacena vida – Información.

-

Respuesta rápida – rápido montaje.

La idea de diseño es optimizar de la mejor forma la cantidad de paneles, lo mismo con las ventanas que en cada piso se van cambiando de lugar, pero manteniendo la misma dimensión para optimizar su fabricación, logrando menores costos y rapidez en el montaje. Finalmente, en la fachada se propone utilizar diferentes colores de los paneles por medio de lasures (impregnante a poro abierto) con tres distintas tonalidades y así generar el juego que se da en las fachadas.

Se propone agregar ciertos parámetros de sostenibilidad, si es que es viable económicamente. -

Generar cubierta a 2 aguas para poder utilizar paneles solares y ahorrar en energía en todo el edificio, para que sea más sostenible.

-

Recogida de aguas lluvias para ser utilizado en servicios higiénicos, como se ve en la figura a continuación.

Figura 3.1. Sistema de recogida de aguas lluvias (https://upcommons.upc.edu/revistes/ bitstream/2099/3862/1/gestion_del_agua_cast.pdf)

admirabilia.it

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Planos de arquitectura Plantas

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Plano de distribución de paneles

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Corte

Elevaciones

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Isométricas

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Capítulo 4:

Manual de Fabricación

es.gde-fon.com

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MANUAL DE FABRICACIÓN DE PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE FABRICACION DE PANELES DE MADERA CONTRALAMINADA Introducción

La madera contralaminada,CLT fue desarrollada por primera vez en Austria y Alemania, como un producto de madera innovador, que a medida que pasa el tiempo ha ido ganando popularidad tanto en aplicaciones residenciales como no residenciales. Hoy en día existe un número importante de productores de CLT en Europa. Durante mucho tiempo los progresos en esta área fueron lentos, hasta que en los inicios del 2000 la construcción en CLT aumentó significativamente, impulsada por una parte por el movimiento de “construcción verde”, y por otro lado debido a la mejora en la eficiencia del proceso y en el marketing y canales de distribución. Otro factor importante fue el cambio en la percepción general, que sostenía que el CLT era un material ligero de construcción que no se encontraba a la par del hormigón armado o albañilería, los cuales han sido desde hace algún tiempo ampliamente usados en el mundo. La experiencia europea indica que el CLT es un tipo de construcción competitiva, sobre todo en estructuras de mediana y gran envergadura Para la fabricación del CLT, primeramente se selecciona la madera, clasificándola y mecánicamente, luego debe ser agrupada según la clasificación que se ha realizado. La madera agrupada debe ser cepillada, para proceder a formar las piezas necesarias que permiten obtener el elemento deseado. Para lograr la longitud requerida y para eliminar nudos en el caso que se desee, se usan uniones tipo endentadas (finger-joint).

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Cuando ya se logran las piezas deseadas, se adhieren a pegar tres o más láminas de madera colocadas en una prensa. Las primera láminas debe colocarse de forma longitudinal a ésta, topada sde canto y luego se debe aplicar pegamento en las caras de las láminas para así montarle una segunda capa de láminas que deberá colocarse de forma transversal a la prensa. A continuación, se realiza una descripción de los recursos y del proceso (de manera cronológica), que describe los procedimientos y métodos empleados para la fabricación de paneles de madera contralaminada utilizando pino radiata crecido en Chile.

Figura 4.1. Madera Aserrada utilizada en la Fabricación

Recursos Empleados. Materiales.

Adhesivo.

Madera Aserrada.

La especie utilizada en la fabricación de los paneles de madera contralaminada fue pino radiata estructural, denominada MSD de Arauco S.A., madera seca cepillada, clasificada mecánicamente, especialmente indicada para usos estructurales. En la Tabla 4.1, se muestran las características principales de la materia prima, en ella se destaca las dimensiones y grado estructural.

Tabla 4.1. Características Madera Aserrada De Pino radiata. Característica Denominación Comercial Espesor Ancho Largo Grado estructural

Magnitud

Dimensión

2x6 41 138 4,0 G2

Adimensional mm. mm. m. -

El elemento de unión empleado en la fabricación de los paneles de madera contralaminada fue un adhesivo especialmente recomendado para madera, denominado Prefere 6151, que se utiliza siempre con el endurecedor Prefere 6651 por lo tanto es un sistema adhesivo de dos componentes basado en una emulsión de polímero y un isocianato (Adhesivo EPI). Se utiliza para el pegado de madera con madera y está recomendado para una amplia gama de especies de madera. Prefere 6151 entrega encolados con excelentes resistencias al agua y temperatura además de largos tiempos de servicio. El sistema es flexible y puede ser utilizado en amplio rango de aplicaciones, además es libre de formaldehido, lo que cumple con la condición de sustentabilidad. Esto implica además que se reduce la posibilidad de crecimiento de hongos en las interfaces. En la Tabla 4.2 se muestran las principales características del adhesivo utilizado en la fabricación.

Tabla 4.2. Características del Adhesivo Prefere 6151 ITEM Esparcido Recomendado Tiempo de ensamble Presión Tiempo Prensado Tiempo Total

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UNIDAD g/m2 min Kgf/cm2 min hrs

RECOMENDACIÓN FABRICANTE 175 - 400 Máx. 35 - 40 mín. 8-12 30 6 (a 20°C)

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Durante su almacenamiento el envase debe estar debidamente cerrado y cuando se encuentre en producción debe instalarse un filtro que absorba la humedad.

Preparación de la Mezcla. Antes de ser aplicado, la resina debe ser mezclada con el endurecedor o catalizador en la proporción ya expuesta; en este procedimiento es probable que se produzca espumación.

Figura 4.2. Adhesivo utilizado en la fabricación

La dosificación requerida y empleada, para la preparación del adhesivo es la que se muestra en la Tabla 4.3.

Tabla 4.3. Dosificación Requerida de la Mezcla del Adhesivo. Componente

Dosificación

Resina (Prefere 6151)

100 Partes por peso

Catalizador (Prefere 6651)

15 Partes por peso

Además, como el adhesivo está libre de formaldehido implica que se pueden utilizar metodologías de aplicación de radiofrecuencia para acelerar el fraguado del mismo. El formaldehido es un gas incoloro de olor penetrante. Se ha demostrado que puede ser cancerígeno en el humano. .

Requisitos Generales del Adhesivo. Almacenamiento. La resina debe ser protegida del congelamiento, puede ser almacenada por seis meses a la temperatura recomendada (15-25ºC). El catalizador no debe ser almacenado bajo los 10ºC, puede ser almacenado 1 año a la temperatura recomendada (10-35ºC). Además es necesario proteger el endurecedor de la humedad debido a que reacciona y pierde eficiencia como también produce CO2.

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Tiempo de Uso. Se define como la cantidad de tiempo que se dispone una vez realizada la mezcla para ser aplicado el adhesivo. Para el adhesivo en particular se tiene que el tiempo de uso es de 45 minutos, para temperaturas entre 5 y 20ºC. Si no se respeta el tiempo de uso, la cantidad de la línea de cola será reducida, además, la resistencia a la humedad de la unión será afectada.

Tiempo de Ensamble. Se define como la cantidad de tiempo que transcurre entre la aplicación del adhesivo y la aplicación de la presión de prensado. Se subdivide además en el tiempo abierto (desde la aplicación del adhesivo hasta que se arman los elementos), y el tiempo cerrado (desde que se arman los elementos, hasta que se aplica la presión). El tiempo abierto debe ser lo más corto posible. 5 minutos o menos. El tiempo máximo de ensamble depende de ciertos factores como la especie, la dosificación, la temperatura la

ecop

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Maquinaria de Fabricación. humedad relativa y la circulación de aire. Mientras más baja es la dosificación, más alta temperatura y más seco el ambiente, más corto será el tiempo de ensamble. Un tiempo de 40 minutos a condiciones normales de temperatura y humedad es razonable.

Dosificación.

Fraguado por Radiofrecuencia.

Máquina Cepilladora.

Se recomiendan campos de fuerza de aproximadamente 2[W/cm2] por línea de adhesivo, el generador debe ser apagado a 2/3 del tiempo total de prensado. La línea de cola al momento de apartar debe tener aproximadamente 50°C.

La máquina cepilladora se utilizó para establecer uniformidad entre todas las piezas de los paneles a fabricar. Para ello, se cepillaron tanto sus caras como sus cantos, teniendo el cuidado de lograr el dimensionamiento final para los paneles. Cabe destacar que el cepillado de la madera se realizó una vez cortadas las piezas de 4 [m] en piezas de 2,40 [m] y piezas de 1,20 [m]. Al manejar esta máquina se recomienda utilizar antiparras y mascarilla, ya que las partículas en suspensión se encuentran en gran cantidad. En la Figura 4.3, se observa la máquina cepilladora utilizada en la fabricación.

Limpieza.

Para la producción de elementos laminados recomienda una dosificación de 175-400[g/m2].

se

Presión. La presión requerida se recomienda de 8 a 12 [kgf/ cm2].

Tiempos de Prensado. El tiempo de prensado recomendado depende de la temperatura que se aplica a los elementos, en la Tabla 4.4, se presentan los tiempos de prensados óptimos.

El endurecedor no debe ser mezclado con agua. Para la limpieza del endurecedor, se recomiendan solventes especiales. Tanto el endurecedor como el adhesivo cristalizado son insolubles y se debe remover mecánica y cuidadosamente. La limpieza del adhesivo y la mezcla es más fácil con agua tibia. El agua utilizada en la limpieza queda contaminada y no debe ser desechada al drenaje público y se debe considerar desecho tóxico. Es importante mencionar que todas las disposiciones expuestas en este ítem, respecto del uso de adhesivo (tiempo de fraguado, temperatura, presión de prensado y dosificaciones), corresponden a recomendaciones del fabricante y proveedor del mismo.

Tabla 4.4. Tiempos de prensado según temperatura empleada.

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Temperatura (ºC)

Tiempo de Fraguado (hrs)

5

24

10

12

20

6

30

2

40

1

Figura 4.3. Maquina cepilladora utilizada en la fabricación de los paneles CLT.

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Maquinaria de Prensado y Radiofrecuencia. En esta maquinaria se ingresaron las piezas de las capas para ser prensado y luego aplicar radiofrecuencia para el fraguado del adhesivo. De igual manera se ingresaron las capas para formar los paneles. Para ello, la maquinaria dispone de una serie de elementos de control, situados en dos paneles de control diferentes, que regulan ciertos parámetros Figura 4.4 y Figura 4.5. La presión vertical, la presión lateral, la potencia, la temperatura y el tiempo de aplicación de radiofrecuencia fueron algunas de las variables que se podían manejar al momento de manipular esta maquinaria. (Figura 4.6, Figura 4.7, Figura 4.8, Figura 4.9 y Figura 4.10).

Figura 4.5. Panel de control de presión vertical y lateral.

Figura 4.4. Panel de control de radiofrecuencia.

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Figura 4.6. Manómetro de presión lateral.

79



Figura 4.9. Temporizador de Radiofrecuencia

Figura 4.7. Manómetro de Presión Vertical.

Figura 4.8. Controles Apertura y Cerrado de Prensa de Radiofrecuencia. Figura 4.10. Control Potencia de Radiofrecuencia.

80

81



Máquina de Fabricación de Unión Endentada (Fresadora). En esta máquina se fabricaron las uniones endentadas de las piezas que lo requerían (ver Figura 4.11). Para ello, se deslizan las piezas a través de la bandeja de apoyo, para finalmente, realizar la unión endentada pasando un extremo de la pieza por la fresa de la máquina (ver Figura 4.12).

Figura 4.11. Máquina de fabricación de unión endentada. Figura 4.12. Cabezal fresadora.

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Máquina Clasificadora de Madera (E-Grader). Máquina Prensa de Unión de Extremos. La máquina de unión de extremos, aplica presión y une las piezas endentadas en sus extremos.

Esta máquina (E-Grader), permite realizar una medición directa del módulo de elasticidad de piezas de madera (ver Figura 4.14). La E-Grader de origen neozelandés, permite determinar el módulo de elasticidad en flexión de piezas de madera aserrada, mediante la aplicación de una carga puntual en el centro de una viga simplemente apoyada.

Figura 4.14. Maquina clasificadora de madera (E-Grader).

Figura 4.13. Prensa de unión de extremos.

84

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Proceso de fabricación de Paneles CLT. Recepción y Chequeo General de Piezas.

Se midió con pie de metro las dimensiones correspondientes al espesor y al ancho de las piezas. Para esto se realizaron distintas mediciones, a lo largo de la pieza, para verificar uniformidad dimensional. Las piezas tuvieron las dimensiones siguientes (ver Tabla 4.5).

Una vez recibidas las piezas se chequeó lo siguiente: a) Correctas dimensiones de las piezas, ya sea espesor, ancho y largo. b) Que el contenido de humedad fuese el correcto, para esto se utilizó el método de secado en estufa, y se verificó que el contenido de humedad estuviera dentro del rango 12% ±2%. c) Que la densidad de cada pieza estuviese dentro del rango un aceptable, para la especie utilizada en la fabricación.

Para realizar estas verificaciones se realiza el siguiente procedimiento:  Enumerar cada una de las piezas, para así tener más facilidad a la hora de identificarlas y diferenciarlas (ver Figura 4.15).

Tabla 4.5. Dimensiones de la piezas de madera aserrada de Pino radiata.

Característica

Ancho

Espesor

Largo

Mín.

Máx.

Prom.

Mín.

Máx.

Prom.

Mín.

Máx.

Prom.

Magnitud

137

142

140,6

40,2

42,9

41,7

4,01

4,02

4,02

Dimensión

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[m]

[m]

[m]

Se debe medir con huincha las dimensiones correspondientes del largo de las piezas. Para la medición del contenido de humedad de las piezas, se utilizó el método de secado en estufa. Este es un método utilizado para determinar la humedad en la madera. Se encuentra regularizado por la norma chilena NCh176/1.Of84. El método consiste en extraer probetas de las piezas madereras, de sección cuadrada de 25 [mm] por lado y una longitud de 100 [mm] (medida a lo largo de la fibra). Luego, se deben pesar cada una de las probetas antes y después de secar (secado hasta peso constante), para así calcular la pérdida de masa en porcentaje de la masa de la probeta después del secado. Por lo tanto, se tiene que:

CH =

m1 − m2 × 100 (%) m2

Donde: m1: masa (en gramos) de la probeta antes del secado. m2: masa (en gramos) de la probeta después del secado.

Figura 4.15. Piezas enumeradas.

86

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Con este método se obtienen resultados exactos. Sin embargo, cabe destacar que es un método destructivo, donde la obtención de los resultados demora cierto tiempo, su resultado debe ser calculado a través de la fórmula anteriormente expuesta y, además, el contenido de humedad calculado corresponde a una parte de la totalidad de una pieza, por lo que puede ser no representativa. Las piezas resultaron con un contenido de humedad promedio de 11,9%. Se pesó cada una de las piezas con el fin de obtener sus respectivas masas. Anteriormente, se obtuvieron sus dimensiones, con lo cual se calcularon sus correspondientes volúmenes. Finalmente, se obtuvo la densidad de referencia a un 12% realizando el cociente entre la masa y el volumen de cada pieza. Las piezas resultaron con una densidad de referencia promedio de 445 [kg/m3].

Donde:

Clasificación de Piezas

Clasificación Visual. Se debió chequear visualmente las piezas en búsqueda de desperfectos en las superficies, como nudos o grietas. Esto se realiza para en caso de que sea posible eliminar ciertas partes de la madera que presenten posibles puntos o planos de falla. La clasificación visual se realizó siguiendo los procedimientos y especificaciones expuestos en la NCh1207.Of2005 “Pino radiata – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad.”.

Clasificación Mecánica. Se debió determinar el módulo de elasticidad en flexión de cada una de las piezas (por ambas caras), de manera tal que se pudo hacer un ordenamiento según la magnitud del módulo de elasticidad. Este módulo de elasticidad de la madera corresponde a la rigidez de la pieza y se puede determinar de las siguientes maneras: (para ambas maneras se suponen condiciones de apoyo similares). Se puede cargar la pieza con una solicitación de magnitud conocida, y medir la deflexión de la misma en el punto de aplicación de la carga, o se puede cargar la pieza con una solicitación de magnitud conocida, y medir la deflexión de la misma en el punto de aplicación de la carga. Luego se utiliza la siguiente fórmula:

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Se utilizó la máquina E-Grader. Previamente, se ingresa al equipo de manera manual la escuadría de las piezas junto con la luz (distancia escogida entre apoyos según longitud de la pieza a ensayar), y luego de aplicar una carga, el equipo hace el cálculo inmediatamente entregando el valor del módulo de elasticidad en [GPa]. La distancia entre apoyos para cada pieza fue de 3800 [mm] para la primera medición, en la cual se midió el módulo de elasticidad de las piezas originales de 4 [m]. La distancia entre apoyos varió a 2300 [mm] para piezas de largo 2,45 [m] y a 1000 [mm] para piezas de largo 1,25 [m]. Las dimensiones ingresadas manualmente a la máquina se pueden apreciar en la Figura 4.16, en que “test span” se refiere a la distancia entre apoyos, “timber width” se refiere al ancho de la pieza y “timber depth” se refiere al espesor de la misma, todas en [mm].

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Figura 4.16. Panel de control de E-Grader con dimensiones insertadas.

Una vez obtenidos los módulos de elasticidad de cada pieza original de 4 [m], se procede a ordenar las mismas según su valor. Esto con el fin de seleccionar aquellas piezas que poseen un mayor módulo y ubicarlas en las capas exteriores de los paneles que serán fabricados.

Pre Ordenamiento de Piezas. Una vez realizada la clasificación mecánica de las piezas originales de 4 [m], se procedió a realizar un pre ordenamiento de piezas. Luego de ordenadas las piezas según su módulo de elasticidad, se agruparon en 9 grupos de piezas. Cada uno de estos grupos posee un promedio de módulo de elasticidad lo más similar posible al promedio de los otros grupos, así como una dispersión similar. También, se busca que los valores extremos sean parecidos, esto con el fin de realizar ensayos lo más homogéneos posibles (son 3 repeticiones por ensayo, y son 3 ensayos, lo que implica un total de 9).

90

91



Este pre ordenamiento tiene como finalidad decidir qué piezas tendrán tres cortes y cuales tendrán cuatro cortes. De la pieza de tres cortes se obtuvo una pieza de 125 [cm], una pieza de 245 [cm] y la probeta para el contenido de humedad. De la pieza de cuatro cortes se obtuvieron tres piezas de 125 [cm] y la probeta para el contenido de humedad. El cálculo de la cantidad de piezas que se debía tener de 125 [cm] y 245 [cm], se realizó al momento de la cubicación de piezas de 400 [cm] solicitadas para fabricar las nueve probetas a ensayar. Los distintos cortes de las piezas se pueden apreciar en la Figura 4.17 y Figura 4.18.

Figura 4.17. Pieza de madera aserrada con dos cortes

Figura 4.18. Piezas de madera aserrada con cuatro cortes

Cabe destacar que estas secciones consideran un sobredimensionamiento, debido a que se realizarán despuntes posteriormente. Las medidas finales de los Paneles son 120 [cm] y 240 [cm], para el ancho y largo respectivamente.

Figura 4.19. Dimensionamiento de piezas de madera aserrada.

Dimensionamiento de Piezas. Luego de realizada la conformación previa de probetas (de manera digital), se debe realizar el corte transversal de las piezas originales para que alcance las dimensiones requeridas en cada una de las capas, ya sea 125 [cm] ó 245 [cm]. Además, debido a que la configuración de los paneles dispone de uniones endentadas, se debió realizar un corte longitudinal de algunas de las piezas de 125 [cm], para así lograr una longitud de 245 [cm]. Este corte longitudinal se realizó debido a que la máquina que realiza las uniones endentadas está limitada por el ancho de la cara a endentar. Para el corte transversal y longitudinal de las piezas se utilizó una sierra de corte como lo indica la Figura 4.19.

Ordenamiento de Piezas. Una vez obtenidos los grupos y dimensionamiento de las piezas, se procedió a idealizar la conformación de probetas, es decir, destinar previamente las piezas que irán en las capas exteriores como en la interior. Para ello, se debió medir nuevamente el módulo de elasticidad de cada pieza de 125 [cm] y 245 [cm]. (Ver figura 4.20) Las probetas de esta experiencia en particular, correspónden a las dimensiones a escala real de los paneles de madera contralaminada que se utilizaron en el proyecto de arquitectura, por lo que se respeta esta condición al momento de conformar las probetas.

92

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Para fines de resistencia en paneles tipo losa, se tiene que los esfuerzos estáticos que éste deberá resistir en su vida útil, son principalmente debido a solicitaciones de flexión. Por ende, se tiene que el panel presentará en su parte inferior tensiones de tracción en la dirección longitudinal, lo que presenta mayor daño en caso de que las piezas estén dispuestas de manera transversal en la capa inferior. Esto es debido a que es más probable que se produzca un plano de falla en una interfaz con línea de cola. Además, se tiene que la fibra se encuentra en la misma dirección que la longitud de cada pieza, por lo que el panel presentará más resistencia en dirección longitudinal si es que presenta 2 capas (externas) con las piezas dispuestas de manera longitudinal, que solo 1 (interna).

Figura 4.20. Medición Módulo de elasticidad piezas de 125 (cm).

Las dimensiones de los paneles, así como el número de capas y la orientación de las piezas dentro de las mismas, obedecen a lo siguiente:  El número de capas por panel es 3.  El espesor de cada capa es 40 [mm], al igual que el espesor de las piezas que la conforman.  La altura de las probetas es de 2400 [mm], medida que corresponde a la altura útil que debe poseer un espacio destinado a vivienda, considerando una altura de cielo falso, para la ubicación de instalaciones de servicios básicos y complementarios.  El ancho de las probetas es de 1200 [mm], medida que se acepta por condiciones de fabricación a gran escala, debido a que la maquinaria posee características físicas que hacen de esta medida la óptima para la fabricación.  La orientación de las piezas en las capas exteriores, corresponde a la dirección longitudinal del panel (altura),.Dicha dimensión y orientación se puede apreciar en la Figura 4.21: Figura 4.21. Orientación de piezas capa externa.

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Para fines de resistencia en paneles tipo muro, se tiene que es más conveniente disponer de esta manera las piezas en las capas externas. Esto se debe a lo siguiente:

Tanto las orientaciones de las piezas como las dimensiones de las probetas se pueden apreciar en la Figura 4.23, Figura 4.24, Figura 4.25 y Figura 4.26.

 Cuando el panel resiste corte, se tiene que es más beneficioso que las piezas estén dispuestas de manera perpendicular a la dirección de la carga, ya que es en esta dirección que las fibras resisten de mejor manera el corte.

 Además de que las piezas también lo hagan, debido a que si se encontrasen dispuestas de manera paralela a la acción de la carga cortante, existe una mayor probabilidad de que se experimente cizalle en la interfaz canto-canto. Así, nuevamente, es que se obtienen mayores resistencias en el panel si se dispone de dos capas de piezas dispuestas longitudinalmente, que solo una.

Es por esto que la orientación de las piezas en la capa interior se dispone de manera transversal del panel (ancho). Dicha dimensión y orientación de pieza se puede apreciar en la Figura 4.22.

Figura 4.23. Conformación y dimensiones de Capa Externa.

Figura 4.24. Conformación y dimensiones de Capa Interna.

. Figura 4.22. Orientación de piezas capa interna.

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Figura 4.25. Conformación de panel con sus tres capas.

98

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Se debió realizar nuevamente un ordenamiento dentro del grupo de piezas, aplicando el mismo criterio del módulo de elasticidad, y se debe dividir el grupo, (una vez ordenado) en 2 sub-grupos de piezas, entre las que posean menor y mayor módulo de elasticidad. El sub-grupo de piezas que posean mayor módulo elástico debe poseer el doble de piezas que el sub-grupo complementario. Se denominarán estos sub-grupos como mayor y menor. Como las piezas originales, tienen 4[m] de longitud, se deben cortar las piezas, para alcanzar las longitudes requeridas 120 [cm] y 240 [cm]. Esto se debió realizar y se tuvo en consideración, lo siguiente:

 Las capas exteriores, deben tener las piezas con mayor módulo elástico, esto es, las del subgrupo mayor. Ya que para el elemento tipo losa, se presentarán mayores tensiones (ya sean flexo-compresión o flexo-tracción) en las capas exteriores del panel, en lo que se refiere a las solicitaciones que tendrá en su vida útil; y la capa intermedia, presentará tensiones menores incluso ya que contiene a la fibra neutra. Dicha configuración se puede apreciar en la Figura 4.27, en la cual se pintan con color oscuro las piezas correspondientes a las capas exteriores (mayores módulos elásticos), y se dejan en blanco las pertenecientes a la capa interior.

Figura 4.26. Conformación de panel de madera contralaminada.

Como se puede observar, cada probeta esta conformada por 36 piezas, 18 piezas de 120[cm], en la capa intermedia, y 9 piezas de 240[cm] en cada una de las 2 capas externas. Por lo tanto, según como se hayan repartido las piezas en los 9 grupos, se dispone de un número mayor o igual a 36 piezas (en total) por grupo.

100

Figura 4.27. Configuración de Paneles según Módulo de Elasticidad de las Piezas.

101


Se deberán alternar las piezas de a 1, o sea, se ubicará el primer alto módulo elástico del sub-grupo mayor en un extremo de una capa, para luego colocar el siguiente alto módulo elástico del sub-grupo mayor en el otro extremo de la misma capa. Así sucesivamente hasta llegar al centro de la capa, asegurando una homogeneidad resistente en el ancho de las capas exteriores. Dicha configuración se muestra en la Figura 4.28, en que se muestran con tonalidades de color degradados en las distintas capas.





102

La capa intermedia, en consecuencia, debe tener las piezas con menor módulo elástico. Se conforma dividiendo el grupo correspondiente a esa capa en dos, uno de mayor módulo de elasticidad y otro de menor módulo de elasticidad. Por lo tanto, se van colocando 2 piezas de mayor módulo de elasticidad en un extremo de la capa, 2 piezas de mayor módulo de elasticidad en el otro extremo de la capa, para luego colocar 2 piezas de menor módulo de elasticidad en un extremo y luego 2 en el otro extremo y así sucesivamente hasta llegar al centro de la capa.

Dichas configuraciones, se deben exclusivamente a que se da una cierta simetría, en cuanto a disposición de piezas con módulos de elasticidad diferentes.


Cepillado de Piezas Se debió cepillar las piezas, independiente de que ellas estén cepilladas o no de fábrica. Como el fin es la elaboración de paneles de madera contralaminada, se deben asegurar dimensiones homogéneas, lisas, y limpias de cualquier tipo de impureza (ver Figura 4.29).

Figura 4.28. Distribución de piezas en los paneles según su módulo de elasticidad.

Figura 4.29. Cepillado de piezas.

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Para esto se utilizó la cepilladora disponible, previo ajuste de la máquina. Este ajuste se refiere a la intensidad de cepillado que se desea, que se traduce en la cantidad de que se extraen de las superficies de las piezas, para asegurar su acabado homogéneo y liso, tanto de las caras como de los cantos (ver Figura 4.30). Este proceso de cepillado se efectúo bastante rápido, pasando una a una las piezas por la cepilladora, teniendo el cuidado de no perder la identificación de cada una de ellas.

Uniones de elementos mediante adhesivo.

Unión Endentada. Para aquellas piezas en que fue necesario, se debió realizar una unión endentada. Esta unión permite que las piezas puedan lograr mayores longitudes mediante la unión de los topes longitudinales de las piezas, a través de un sistema de dientes que se entrelazan, utilizando adhesivo en la interfaz. Para ello, se utilizaron 2 piezas de 125 [cm] con lo cual se logra una pieza de 250 [cm] de longitud. La unión endentada presentaba un acabado como el que se muestra en la Figura 4.31 y Figura 4.32.

Figura 4.30. Panel de ajuste de altura de cepillado.

Figura 4.31. Fabricación unión endentada.

104

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Cabe destacar que, como la unión endentada no es una unión de superficies lisas, se agrega un porcentaje para cubrir la superficie real que presenta la profundidad del diente en el área a encolar considerada. Este porcentaje es 50%.

Mezcla real = 151,2 x 1,5 = 226,8 [gr]

Finalmente, como la mezcla del adhesivo se compone de resina y catalizador, se calculó de la siguiente manera:

Resina = Mezcla x 100/115 Resina = 226,8 x 100/115 = 197,22 [gr] ≈ 200 [gr] Catalizador = Mezcla x 15/115 Catalizador = 226,8 x 15/115 = 29,58 [gr] ≈30 [gr] Figura 4.32. Fabricación unión endentada

Prensado Encolado Se aplicó adhesivo en ambas caras de la pieza, teniendo una mezcla compuesta de la siguiente manera:

El prensado efectuado para unir las dos piezas de las uniones endentadas se encontraba predeterminado por la máquina de unión de extremos y la persona que ejecutaba la acción. Sin embargo, el valor de presión efectuado fue de 3 a 5 [kg/cm2]. Ver Figura 4.33.

Área encolada = Espesor pieza x Ancho pieza Área encolada = 0,04 x 0,14 = 0,0056 [m2] N° de uniones endentadas = 12 N° de paneles = 9 Área Total a encolar = 0,0056 x 12 x 9 = 0,6048 [m2]

Se tiene que el esparcido del adhesivo es 250 [gr/m2], calculando la mezcla de la siguiente manera: Mezcla = Área Total a Encolar x Esparcido Mezcla = 0,6048 x 250 Mezcla = 151,2 [gr] Figura 4.33. Prensado de unión endentada.

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Fraguado.

Encolado

El fraguado de las piezas que componían una unión endentada fue en condiciones naturales, sin la aplicación de radiofrecuencia.

Se aplicó el adhesivo cuidando que su espesor fuera uniforme en toda la superficie del canto de la pieza. En esta instancia destacan dos tipos de encolados, el encolado de los cantos de las capas externas y el encolado de la capa interna. Para cada uno de ellos se tienen cantidades de mezcla diferentes. Se aplicó adhesivo en un canto de la pieza, teniendo una mezcla compuesta de la siguiente manera:

Diferentes factores influyen en el tiempo necesario de prensado, tales como dimensiones de la madera, geometría del finger, dosificación de adhesivo, etc. Debido a que es difícil entregar cualquier recomendación exacta se sugiere establecer el tiempo de prensado en el lugar.

•

Unión Canto-Canto Se adhieren las piezas unas con otras con adhesivo en sus cantos, hasta lograr la dimensión de capa deseada.

Dosificación para cantos de capas externas.

Área

encolada

Área

encolada

= Espesor pieza x Largo pieza = 0,04 x 2,45 = 0,098 [m2]

Ensamble en Seco

N° de líneas de cola a encolar por capa = 8

Se situaron todas las piezas de una capa en la máquina de radiofrecuencia y se realizó todo el proceso tal cual se realizaría con el adhesivo esparcido. Esto se efectúo con el fin de visualizar previamente algún inconveniente que pudiese intervenir a la hora de realizar el proceso de manera permanente (ver Figura 4.34).

N° de capas = 1 Área Total a Encolar = 0,098 x 8 x 1= 0,784 [m2]

Se tiene que el esparcido del adhesivo es 250 [gr/m2], calculando la mezcla de la siguiente manera:

Mezcla= Área Total a Encolar x Esparcido Mezcla = 0,784 x 250 Mezcla = 196 [gr]

1.1.1.1

Cabe destacar que se consideró un exceso de mezcla al momento de la preparación, debido a que es altamente probable que se produzcan pérdidas de la mezcla, ya sea en la brocha de aplicación, en el recipiente donde se realiza la mezcla, o en el proceso mismo de aplicación del adhesivo.

Mezcla real = 196 [gr] x 1.5 = 294 [gr]

Figura 4.34. Ensamble en seco canto-canto.

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109



Resina= Mezcla x (100/115) Resina = 294 x (100/115) = 255,65 [gr] ≈ 260 [gr] Catalizador = Mezcla x (15/115) Catalizador = 294 x (15/115) = 38,35 [gr] ≈ 40 [gr]

•

Dosificación para cantos de capa interna..

Área encolada = Espesor pieza x Largo pieza Área encolada = 0,04 x 1,25 = 0,05 [m2] N° de líneas de cola a encolar por capa = 17 N° de capas = 1 Área Total a Encolar = 0,05 x 17 x 1= 0,85 [m2]


Mezcla = Área Total a Encolar x Esparcido Mezcla = 0,85 x 250 Mezcla = 212,5 [gr]

De manera análoga a la dosificación anterior, se considera un exceso para la mezcla real.

Mezcla real = 196 [gr] x 1.5 = 318,75 [gr]

110





Resina = Mezcla x (100/115) Resina = 318,75 x (100/115) = 277,17 [gr] ≈ 280 [gr] Catalizador = Mezcla x (15/115) Catalizador = 318,75 x (15/115) = 41,58 [gr] ≈ 45[gr]

Cabe destacar que los valores de las respectivas dosificaciones fueron calculados para solo una capa del panel. La aplicación total del adhesivo significa que en la interfaz de la unión de los cantos de las piezas, deben aplicarse como máximo 175-400 [gr/m2] independientemente de que el adhesivo sea aplicado totalmente en uno de los cantos o parcialmente en ambos. La aplicación del adhesivo se realizó con brocha y de manera manual. Dicha aplicación se puede apreciar en la Figura 4.35, y Figura 4.36.

Figura 4.36. Adhesivo en los cantos de las piezas de una capa.

Prensado y Fraguado. Se debió aplicar prensado a través de la máquina de radiofrecuencia, de manera tal que se logre una adhesión correcta, a la temperatura adecuada y sin deteriorar las piezas. Respecto del fraguado del adhesivo recomendado a través de radiofrecuencia, se debió cumplir lo siguiente (recomendaciones del fabricante)

•

Al momento de realizar el proceso se midió una temperatura sobre los 90ºC en la máquina de radiofrecuencia y se aplicó un tiempo de fraguado de 15 minutos.

•

Además, se utilizó una potencia de 20 [kW], una presión vertical de 250 [Bar] y una presión lateral de 90 [Bar]. Estos valores se mantuvieron para la unión canto-canto tanto de capas externas como la capa interna.

El proceso de prensado y radiofrecuencia dentro de la máquina se puede apreciar en la Figura 4.37, Figura 38 y Figura 4.39.

Figura 4.35. Encolado de cantos de las piezas de una capa.

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Figura 4.37. Prensado y aplicación de Radiofrecuencia. Figura 4.39. Salida de Capa Externa Fraguada.

Almacenamiento Capas. Una vez finalizada la confección de las capas mediante la unión canto-canto de las piezas, estas se deben almacenar de manera correcta para permitir una ventilación adecuada entre las mismas. Esto con el fin de evitar que se formen posibles focos de humedad en las intersecciones de las mismas. Para almacenar las capas recién confeccionadas, se procedió a montarlas de manera horizontal sobre elementos de madera auxiliares, que permiten una separación de aproximadamente 2 [cm], entre cada capa finalizada, pudiendo apilar una capa sobre la otra. Dicha configuración de almacenaje se puede apreciar en la Figura 4.40.

Figura 4.38. Prensado y aplicación de Radiofrecuencia.

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Figura 4.40. Acopio de Capas Fraguadas.

Unión Capa-Capa. Se debe limpiar la superficie del exceso de adhesivo que resulta después del prensado canto-canto. Para esto se utilizó un raspador cuidando de no disminuir la dimensión correspondiente a las piezas de madera. Se adhieren las capas unas con otras mediante sus superficies con adhesivo, hasta lograr el número de capas deseadas (3 capas).

Ensamble en Seco. Nuevamente, se debió realizar todo el proceso en seco sin el adhesivo esparcido, para visualizar con anterioridad los presuntos problemas que se pudiesen presentar. En este caso, se tuvo un problema. La máquina de radiofrecuencia efectúa una presión lateral de manera uniforme. Sin embargo, las piezas de la capa interna no presentaban uniformidad en su longitud, por lo que se tuvo que ejecutar un corte en esa capa con el fin de emparejar su canto y tener así una presión lateral de forma constante a lo largo del panel. Dicho ensamble se puede apreciar en la Figura 4.41.

116

117




Mezcla = Área Total a Encolar x Esparcido Mezcla = 6,125 x 250 Mezcla = 1531,25 [gr]

Cabe destacar que se consideró un exceso de mezcla al momento de la preparación debido a que es altamente probable que se produzcan pérdidas de la mezcla, ya sea en el rodillo de aplicación, en el recipiente donde se realiza la mezcla, o en el proceso mismo de aplicación del adhesivo.

Mezcla real = 1531,25 [gr] x 1.5 = 2296,88 [gr] Figura 4.41. Ensamble en seco de un panel. Finalmente, como la mezcla del adhesivo se compone de resina y catalizador, se calculó de la siguiente manera:

Encolado. Se aplicó el adhesivo cuidando que su espesor sea uniforme en toda la superficie de la capa. Para ello, se realizó una mezcla compuesta de la siguiente manera:

Resina = Mezcla x (100/115) Resina = 2296,88 x (100/115) = 1997,28 [gr] ≈ 2000 [gr]

Área encolada = Ancho capa x Largo capa Área encolada = 1,25 x 2,45 = 3,0625 [m2]

Catalizador= Mezcla x (15/115) Catalizador = 2296,88 x (15/115) = 299,59 [gr] ≈ 300[gr]

Área a encolar por capa = 2 N° de paneles = 1 Área Total a Encolar = 3,0625 x 2 x 1= 6,125 [m2]

118

Cabe destacar que el valor de la dosificación fue calculado para solo un panel. La aplicación total del adhesivo significa que en la interfaz de la unión capa-capa, deben aplicarse como máximo 175-400[g/m2] independiente de que el adhesivo sea aplicado totalmente en una de las capas o parcialmente en ambas. La aplicación del adhesivo se realizó con rodillos y de manera manual. Dicho proceso de encolado se puede apreciar en Figura 4.42 y Figura 4.43.

119



Prensado y Fraguado. Se debió aplicar prensado a través de la máquina de radiofrecuencia, de tal manera que se logre una adhesión correcta, a la temperatura adecuada y sin deteriorar las capas. Se aplicó una prensión vertical de 280 [Bar] y una presión lateral de 35 [Bar], durante un tiempo de 24 minutos con el uso de radiofrecuencia. Dicho proceso se puede apreciar en la Figura 4.44. En la Figura 4.45 se muestra el panel una vez salido de prensa ya fraguado.

Figura 4.42. Encolado de una capa externa.

Figura 4.44. Prensado y aplicación de radiofrecuencia de un panel.

Figura 4.43. Aplicación del adhesivo utilizando rodillo.

120

121



Figura 4.45. Salida de panel fraguado.

Almacenamiento de Paneles. Una vez finalizada la confección de los paneles mediante la unión de las capas se deben almacenar de manera correcta para permitir una ventilación adecuada entre los mismos. Esto con el fin de evitar que se formen posibles focos de humedad en las intersecciones de los mismos. Para almacenar los paneles recién confeccionados, se procedió a montarlos de manera horizontal sobre elementos de madera auxiliares que permiten una separación de aproximadamente 4 [cm] entre cada panel finalizado, pudiendo apilar un panel sobre el otro. Dicha configuración de almacenaje se puede apreciar en la Figura 4.46 y Figura 4.47.

122

123

124



Figura 4.46. Acopio de paneles de madera contralaminada.

Figura 4.47. Almacenamiento de paneles fabricados.

125



Revisión de los Paneles Fabricados. Una vez fraguado completamente el adhesivo se procedió a revisar cada una de las probetas confeccionadas. Se busca cualquier tipo de irregularidad.

Revisión de las Dimensiones. Se debió realizar mediciones de las dimensiones de las probetas. Estas debieron satisfacer lo siguiente:

· Alto de probeta: 240[cm] · Ancho de probeta: 120[cm] · Espesor de probeta: 12[cm]

Para esta revisión se realizaron mediciones y repeticiones en distintos puntos de las probetas, con el objeto de asegurar la homogeneidad dimensional de las probetas. En caso de no cumplir con esta condición, se debió realizar cortes para homogeneizar las probetas, cuidando que las dimensiones finales no fueran menores que las requeridas. Para esto se utilizó una sierra de corte de tipo disco. Dicha homogenización dimensional se puede apreciar en la Figura 4.48. Finalmente se acopian los paneles dimensionados. (Ver Figura 4.49).

Figura 4.48. Rectificación dimensiones finales del panel fabricado.

126

127

E s tudi o s d e S i st e m a s C o n st r u ct i v o s e n M ad e r a Con tr al amin ad a

Ficha Técnica de la Fabricación de Paneles CLT

Especie

Pino Radiata

Origen

Arauco estructural MSD

Dimensiones nominales (madera aserrada)

41 mm x 138 mm x 4.00 m

Dimensiones reales (madera aserrada)

42 mm x 141 mm x 4.01 m

Contenido de humedad

11,9%

Densidad de referencia

445 kg/m3

Módulo de elasticidad

9,92 GPa

Adhesivo

Adhesivo e structural Prefere

Resina

Prefere 6151 (100 pp.)

Catalizador

Prefere 6651 (15 (pp.)

Esparcido utilizado

400 gr/m2

Dimensiones paneles

120 mm x 1200 mm x 2400 mm

Número de capas

3

Dimensión final panel

120 mm x 1200 mm x 2400 mm.

Figura 4.49. Acopio de paneles terminados.

128

129



Capítulo 5:

130

Informe de Ensayos

131



INFORME DE ENSAYOS MECANICOS EN PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE ENSAYO DE CARGA HORIZONTAL IDENTIFICACIÓN DEL PANEL DE ENSAYO Tipo de panel Los paneles ensayados son paneles de CLT o paneles de madera contralaminada que están formados por piezas de pino radiata crecido en Chile con una densidad de referencia promedio medida al 12% de 470 Kg/m3, cuentan con un contenido de humedad promedio de 12,6% determinado mediante el método de secado en estufa indicado en la norma Nch176/1Of89 y las láminas están unidas con un adhesivo estructural Prefere 6151-6651 libre de formaldehido. Los paneles fueron elaborados en el año 2012 en el Laboratorio de Materiales LIMUS – USACH del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile. Los paneles a ensayar se muestran en la Figura 5.1. Según la norma NCh806 corresponden al tipo VI, clase C.

Figura 5.1. Paneles de madera contralaminada para ensayos.

132

133



Dimensiones. Las dimensiones registradas de los paneles de madera contralaminada ensayados se muestran en la Tabla 5.1.

Tabla 5.1. Dimensiones de paneles, ensayo de carga horizontal. Panel

Espesor [mm]

Ancho [mm]

Altura [mm]

H1

107

1193

2400

H2

108

1192

2396

H3

107

1189

2397

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO Equipos de Medición. Se utilizaron equipos de medición automáticos que registran datos por unidad de tiempo a través de un software. Para medir los desplazamientos lineales en el panel se utilizaron LVDT (Transformador diferencial de variación lineal) y para medir la carga aplicada se utilizó una celda de carga con una capacidad de 10 toneladas. La adquisición de datos fue realizada por una interfase y computador almacenado todos los datos en la memoria del PC. Los equipos de adquisición de datos y equipos de medición se muestran en la Figura 5.2 a la Figura 5.7.

Figura 5.2. Equipos de adquisición de datos.

134

Figura 5.3. Disposición de conectores y equipos de medición.

Figura 5.4. LVDT costado inferior opuesto al de aplicación de la carga.

135


Figura 5.5. LVDT costado inferior al de aplicación de la carga.


Figura 5.7. Pistón hidráulico y celda de carga.

Sistema de Fijación del Panel. El sistema de anclaje que propone la NCh802.EOf71 fue reemplazado por un sistema de fijación mediante conectores angulares metálicos, esto se realiza tal como señala el ANEXO planteado en dicha norma. Este sistema de anclaje está conformado por dos tipos de conectores, cuatro ubicados en los extremos del panel con el fin de resistir los esfuerzos de axiales (tracción y compresión) que se generan producto del volcamiento de éste y dos conectores ubicados al centro del panel, uno por cada lado, destinados a resistir los esfuerzos de corte. El montaje del ensayo de carga horizontal consiste en colocar el panel a ensayar sobre una superficie lisa y mediante topes y anclajes, limitar los desplazamientos indeseados, tal como se explica en la NCh802.EOf71. Pero, en esta investigación, uno de los objetivos es verificar el sistema de conectores señalados anteriormente.

Figura 5.6. LVDT costado superior opuesto al de aplicación de la carga.

136

137



Este sistema está destinado a unir los paneles de madera contralaminada al primer nivel de una estructura, es decir verificar la unión entre madera y hormigón. En este caso, debido a la complejidad de anclar los paneles sobre hormigón en las instalaciones del laboratorio, se decidió fijar los conectores sobre una viga metálica suficientemente rígida como para reemplazar la unión con el hormigón. Además se utilizaron pernos de alta resistencia de calidad de acero A325 con el fin de que la falla no se produzca en esa zona.

Características de los conectores angulares. Los conectores angulares metálicos son de la firma ROTHOBLAAS, los conectores de tracción son WHT540 y los conectores de corte son TITAN TCN240. Las dimensiones de los conectores se muestran en La Figura 5.8. y Figura 5.9. Con respecto a la calidad de los materiales, los WHT540 son de acero S355 y los TITAN TCN540 son S235, los valores de resistencia para estos aceros se muestran en la Tabla 5.2.

Figura 5.8. Dimensiones conector de corte TITAN TCN240. Tabla 5.2. Propiedades mecánicas de aceros de los conectores. Límite elástico mínimo y Resistencia a tracción (N/mm2) Espesor nominal de la pieza, t (mm) t < 40

Tipo

40 < t < 80

Límite elástico, fy

Resistencia a tracción, fu

Límite elástico, fy

Resistencia a tracción, fu

S 235

235

360 < fu < 510

215

360 < fu < 510

S 355

355

490 < fu < 680

335

470 < fu < 630

La unión entre los conectores y la madera se efectúa mediante clavos de la firma ROTHOBLAAS, que corresponderá a CLAVOS ANKER Φ4,0 x 60 cuya resistencia según catálogos de ROTHOBLAAS es de 1,93 KN.

Figura 5.9. Dimensiones conector de tracción WHT540.

138

139


Luego de un análisis de los modos de falla de los conectores se obtiene una resistencia de las placas. En el caso del conector WHT540, el modo de falla que controla es la fractura por tracción en el área neta efectiva en línea recta sobre la primera corrida de perforaciones, y se calculó de la siguiente manera: Rn= Φ x Aex x Fu, Donde: Φ= 0,75 Fu= 4,9 Ton/cm2 Ae= Ab (Área bruta) – Ap (Área de perforaciones) Con Área bruta= 6 x 0,3=1,8 cm2 y Área perforaciones= 2 x (0,5 x 0,3)= 0,3 cm2 Luego, la resistencia nominal del conector es: Rn= 0,75 x (1,8 – 0,3) x 4,9 Rn= 5,5125 Ton.

Con éste valor se puede calcular el número de clavos tal que la resistencia de la suma de los clavos no supere la rotura del conector: Resistencia conector > N° de clavos x Resistencia de un clavo 5,5125 > n x 0,193, luego la cantidad de clavos sería de:


CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO Procedimiento de Carga. Se ejecuta el ensayo mediante ciclos de carga y descarga de forma de obtener los desplazamientos laterales bajo cargas a distintos niveles de solicitaciones, así como los desplazamientos residuales producidos por dichas cargas. En total se realizan 8 ciclos de carga y descarga, con incrementos de carga de 500 (kg) en cada ciclo con una tolerancia de +/-10%, con lo que se cubre el requisito de la NCh802.EOf71 de un mínimo de 5 incrementos, procedimiento idéntico para cada uno de los tres paneles.

Velocidad nominal de aplicación de la carga. Según los datos obtenidos del software, se calculó una velocidad promedio de aplicación de la carga de 3 mm/min

Normativa utilizada. Este ensayo se realizó según las indicaciones de la norma NCh802.EOf71, considerando el anexo que permite cambiar el sistema de anclaje de los paneles y se hicieron las verificaciones correspondientes a la norma NCh806.EOf71. Se ensayaron un total de 3 paneles.

Cálculo Experimental del Factor de Modificación de Respuesta R. Debido a que el sistema constructivo en base a paneles CLT es relativamente nuevo y no está considerado en la Nch433. se hace necesario calcularlo de forma experimental, este factor se obtiene como la razón entre el desplazamiento máximo horizontal en el extremo superior del panel y el desplazamiento registrado en el límite de fluencia de éste.

n= 28,56, luego se decidió colocar 28 clavos en el conector de tracción WHT540. El mismo análisis se realizó para el conector TITAN TCN240 pero éste presentaba mayores resistencias al corte por lo que la cantidad de clavos calculada resultó ser mayor que el número de perforaciones del conector (36), por ésta razón se decidió colocar 36 clavos.

Según los datos obtenidos en los ensayos realizados y considerando el desplazamiento lateral del panel sin restar los otros desplazamientos (levantamiento y desplazamiento inferior del panel) se obtiene lo siguiente:

R = 35,7 (mm) / 14,8 (mm) = 2,4.

140

141



Conservadoramente se tiene R=2.

Tabla 5.3. Datos experimentales obtenidos de los ensayos.

GRÁFICOS.

Desplazamientos horizontales efectivos bajo carga (mm)

Los resultados de los ensayos se muestran en la Figura 5.10. Los valores con los datos que generan los gráficos se muestran en la Tablas 5.3.

Carga (T)

Carga (N/m)

Panel H1

Panel H2

Panel H3

Promedio

0,0

0

0,00

0,00

0,00

0,00

0,5

4166,7

0,80

0,82

0,78

0,80

1,0

8333,3

1,68

1,79

1,86

1,78

1,5

12500,0

2,50

2,94

3,21

2,88

2,0

16666,7

3,26

4,01

4,51

3,93

2,5

20833,3

4,02

4,95

5,70

4,89

3,0

25000,0

4,79

5,84

7,20

5,94

3,5

29166,7

5,50

6,79

8,96

7,08

4,0

33333,3

6,61

7,75

9,36

7,91

Desplazamientos efectivos remanentes (mm)

Figura 5.10. Carga v/s deformación.

142

Carga (T)

Carga (N/m)

Panel H1

Panel H2

Panel H3

Promedio

0,0

0,0

0,00

0,00

0,00

0,00

0,5

4166,7

0,08

0,15

0,06

0,10

1,0

8333,3

0,16

0,40

0,28

0,28

1,5

12500,0

0,22

0,63

0,66

0,50

2,0

16666,7

0,28

0,85

1,05

0,73

2,5

20833,3

0,35

1,03

1,44

0,94

3,0

25000,0

0,43

1,27

1,81

1,17

3,5

29166,7

0,60

1,53

2,38

1,50

4,0

33333,3

0,96

1,77

3,07

1,93

143



CONFORMIDAD CON LOS REQUISITOS.

CARGAS. Las cargas de rotura registradas en los paneles fueron de 8448, 8110 y 890 Kilogramos. Dando un promedio de carga de rotura de 8150 Kilogramos, carga en la cual se aprecia una falla por fractura en el área neta efectiva de los conectores de tracción WHT540 ubicados en el costado en que se aplica la carga, debido a la gran fuerza de tracción generada. Los paneles de madera CLT no sufren grades fallas.

FALLAS, ALABEOS Y DESPRENDIMIENTOS. En todos los ensayos no se aprecia ninguna falla local en la madera. No se registran alabeos ni desprendimientos en la madera, la falla del panel se produce en los conectores de tracción como se muestra en la Figura 5.11.

Los resultados de los ensayos se resumen en las siguientes características: La carga de rotura promedio del panel es de 6792 (Kg/m). El límite de proporcionalidad se identifica en promedio a los 3875 (Kg/m). Para el límite de proporcionalidad anterior se registra una deformación promedio de 14,8 (mm).

Esta deformación es mayor a las presentadas en los gráficos y tablas ya que fue registrada con mayores niveles de carga. Estas mediciones se realizaron en el último ciclo de carga, cuyo fin era llegar a la falla del panel. Según los datos anteriores y la clasificación que indica la norma NCh806.EOf71 para resistencias a las cargas horizontales, los paneles clasifican en la categoría RH3b. Además de la clasificación del panel según la norma NCh806.EOf71 se puede concluir que la falla presente en los tres ensayos (rotura de los conectores WHT540) indica que se producen elevados esfuerzos de tracción en el panel y que la cantidad de clavos calculados tuvieron una mayor resistencia a la que indican los catálogos del proveedor.

ENSAYO DE COMPRESIÓN IDENTIFICACIÓN DEL PANEL DE ENSAYO Tipo de Panel. Los paneles ensayados son paneles CLT o paneles de madera contralaminada, están formados por piezas de pino radiata crecido en Chile con una densidad de referencia promedio medida al 12%, de 470 Kg/m3, cuentan con un contenido de humedad promedio de 12,6% determinado mediante el método de secado en estufa indicado en la norma N ch176/1Of89 y las láminas están unidas con un adhesivo estructural Prefere 6151-6651 libre de formaldehido. Los paneles fueron elaborados en el Laboratorio de Materiales LIMUS – USACH del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile. Según la norma NCh806 corresponden al tipo VI, clase C.

Dimensiones. Figura 5.11. Falla en conector de tracción WHT540.

144

Las dimensiones registradas de los paneles de madera contralaminada ensayados se muestran en la Tabla 5.4.

145



Tabla 5.4: Dimensiones de Paneles, Ensayo de Compresión. Panel

Espesor [mm]

Ancho [mm]

Altura [mm]

C1

108

1192

2399

C2

107

1185

2395

C3

107

1196

2398

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO Equipos de medición. Se utilizaron los mismos equipos de medición que en los ensayos de carga horizontal (ver Figura 5.12). Para medir los desplazamientos lineales en el panel se utilizaron LVDT (Transformador diferencial de variación lineal) y para medir la carga aplicada se utilizó una celda de carga con una capacidad de 50 toneladas, mientras que para registrar la carga máxima se recurre al manómetro de la bomba hidráulica eléctrica utilizada. La disposición de los equipos de medición se puede apreciar en las figuras 5.13:

Figura 5.12. LVDT dispuestos para medir la deformación vertical del panel.

146

Figura 5.13. LVDT dispuestos para medir la deformación horizontal del panel.

Figura 5.14. Pistón y celda de carga, ubicados sobre una viga de acero.

147



placas y una viga metálica, de forma de distribuir la carga a lo largo de todo el panel. En una viga metálica ubicada sobre el panel se fija el pistón hidráulico de 100 (ton) de capacidad. Posteriormente se montan los equipos de medición, para medir la carga aplicada se ubica la celda de carga de 50 (ton) sobre la viga que distribuye la carga, la celda se apoya sobre dicha viga y se asegura con cadenas para evitar daños. Para medir desplazamientos horizontales se ubican dos LVDT a la mitad de la altura del panel, uno en cada borde del panel y para medir desplazamientos verticales se ubican dos LVDT en la parte superior de panel, uno en cada borde del panel.

Protocolo de Carga. Se registran datos continuamente mediante un software que recoge los datos de los dispositivos, registro que se realiza cada un segundo. Se ejecuta el ensayo mediante ciclos de carga y descarga de forma de obtener los desplazamientos bajo cargas a distintos niveles de solicitaciones, así como los desplazamientos residuales producidos por dichas cargas. Se registran desplazamientos verticales y horizontales del panel. En total se realizan 5 ciclos de carga y descarga, con incrementos de carga de 7 (ton) en cada ciclo, con una tolerancia de +/-10%, con lo que se cubre el requisito de la NCh801.Of2003 de un mínimo de 5 incrementos, procedimiento idéntico para cada uno de los tres paneles.

Figura N°5.15. Vista frontal del panel.

Normativa utilizada. Este ensayo se realizó según las indicaciones de la norma NCh801.Of2003 y se hicieron las verificaciones correspondientes a la norma NCh806.EOf71. Se ensayaron un total de 3 paneles.

CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO. GRÁFICOS. Montaje.

Los resultados de los ensayos se muestran en las Figura 5.16 y Figura 5.17. Los valores con los datos que generan los gráficos se muestran en la Tablas 5.5 y Tabla 5.6.

Se realiza sobre un marco formado por columnas y vigas metálicas suficientemente rígidas para evitar cualquier desplazamiento que influya en los resultados. El panel se coloca sobre una viga metálica verificando su verticalidad, y se fija a ésta mediante prensas y piezas de madera, de forma de evitar desplazamientos transversales en la base del panel. Sobre el panel se ubican

148

149



Tabla N°5.5. Carga y Deformación Vertical

Carga (T) 0,0 7,0 14,0 21,0 28,0 35,0

Carga (Pa) 0 545171,3 1090342,7 1635514,0 2180685,4 2725856,7

Panel C1 0,000 0,925 1,375 1,855 2,090 2,395

Desplazamientos verticales bajo carga (mm) Panel C2 Panel C3 Promedio 0,000 0,000 0,000 0,920 0,690 0,845 1,520 1,145 1,347 2,325 1,535 1,905 3,150 1,850 2,363 3,995 2,240 2,877

Carga (T) 0,0 7,0 14,0 21,0 28,0 35,0

Carga (Pa) 0,0 545171,3 1090342,7 1635514,0 2180685,4 2725856,7

Panel C1 0,000 0,100 0,295 0,300 0,315 0,340

Desplazamientos efectivos remanentes (mm) Panel C2 Panel C3 Promedio 0,000 0,000 0,000 0,085 0,295 0,160 0,125 0,370 0,263 0,135 0,415 0,283 0,155 0,460 0,310 0,178 0,510 0,343

Figura 5.16. Carga v/s deformación vertical

Tabla N°5.6. Carga y Deformación Lateral. Desplazamientos laterales bajo carga (mm) Carga (T)

Carga (Pa)

Panel C1

Panel C2

Panel C3

Promedio

0,0

0

0,00

0,00

0,00

0,00

7,0

545171,3

3,74

3,39

1,17

2,77

14,0

1090342,7

4,76

5,72

1,26

3,91

21,0

1635514,0

5,64

8,69

1,29

5,21

28,0

2180685,4

6,22

12,24

1,36

6,61

35,0

2725856,7

6,78

16,25

1,46

8,16

Desplazamientos laterales remanentes (mm)

Figura 5.17. Carga v/s deformación lateral.

150

Carga (T)

Carga (Pa)

Panel C1

Panel C2

Panel C3

Promedio

0,0

0,0

0,00

0,00

0,00

0,00

7,0

545171,3

0,44

0,22

0,89

0,52

14,0

1090342,7

1,25

0,32

1,03

0,87

21,0

1635514,0

1,23

0,65

1,08

0,99

28,0

2180685,4

1,05

1,09

1,06

1,07

35,0

2725856,7

1,03

2,15

1,05

1,41

151

S I S T E M A C O N S TR U C T I VO D E R Á P I D A E J E C U C I Ó N PA R A E D I F I C I O S UT I L I Z A N D O M A D E R A C ON TR A LA M I N A DA


CARGAS Las cargas máximas registradas en los paneles fueron de aproximadamente 76 toneladas, debido a que se llegó a la máxima presión ejercida por la bomba hidráulica eléctrica disponible en el laboratorio.

Dimensiones Las dimensiones registradas de los paneles de madera contralaminada ensayados se muestran en la Tabla N°5.7.

Los paneles de madera CLT no sufren fallas a estos niveles de carga. Tabla 5.7. Dimensiones de paneles, ensayo de flexión.

FALLAS, ALABEOS Y DESPRENDIMIENTOS No se registran fallas, alabeos ni desprendimientos en todos los paneles ensayados.

CONFORMIDAD CON LOS REQUISITOS

Panel

Espesor [mm]

Ancho [mm]

Altura [mm]

F1

109

1195

2400

F2

108

1190

2398

F3

108

1195

2398

Los resultados de los ensayos se resumen en las siguientes características: La carga máxima registrada fue de 63,3 (Ton/m). El límite de proporcionalidad no se logró identificar pero es muy superior a los 8000 (Kg/m) que indica la norma NCh806.EOf71. Según los datos anteriores y la clasificación que indica la norma NCh806.EOf71 para resistencias a las cargas de compresión, los paneles clasifican en la categoría RC3b.

ENSAYO DE FLEXION IDENTIFICACIÓN DEL PANEL DE ENSAYO

Tipo de Panel Los paneles ensayados son paneles CLT o paneles de madera contralaminada que están formados por piezas de Pino radiata crecido en Chile con una densidad de referencia promedio, medida al 12%, de 470 Kg/m3. El contenido de humedad promedio es de 12,6%, determinado mediante el método de secado en estufa indicado en la norma Nch176/1Of89, y las láminas están unidas con un adhesivo estructural Prefere 6151-6651 libre de formaldehido. Los paneles fueron elaborados en el Laboratorio de Materiales LIMUS – USACH del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile. Según la norma NCh806 corresponden al tipo VI, clase C.

152

153



EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO Equipos de medición. Los equipos que se utilizaron en la realización de los ensayos de flexión son los que se describen a continuación.

Deformómetro. Es un dispositivo que se utiliza para medir desplazamientos y deformaciones en los diferentes tipos de ensayos. Consiste en un dial, el cual posee una base de apoyo en una superficie fija externa al panel ensayado, y una varilla móvil que registra el desplazamiento respecto de la base fija. Mide la separación producida por cierta carga aplicada y los diales entregan resultados al 0,01 milímetro de precisión. Los relojes y bases magnéticas utilizadas en laboratorio son análogos y se puede apreciar en la Figura 5.19.

Anillo de calibración. instrumento de medición de fuerza, que entrega la lectura en divisiones, las cuales se transforman en [kg], mediante una tabla de transformación suministrada por el fabricante. Dicha medición es exactamente igual a la fuerza que recibe el pistón de carga, y se aplica con una bomba de inyección manual. El anillo se puede apreciar en la Figura 5.18.

Figura 5.19. Dispositivos para registrar la deformación en el ensayo de flexión.

Figura 5.18. Anillo de Calibración.

154

155



Bomba Hidráulica. Se utilizó una bomba eléctrica de inyección hidráulica para los incrementos de carga aplicados en los ensayos. Dicha bomba se puede apreciar en la Figura 5.20.

Figura 5.20. Bomba hidráulica eléctrica.

CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO

Montaje La probeta se ensayó como una viga simplemente apoyada de manera tal de conseguir la flexión en la dirección longitudinal. La probeta se ubica en el marco de ensayo teniendo el cuidado de que su base esté perfectamente horizontal y totalmente apoyada en las vigas de apoyo. Para ello se utilizó un nivel de burbuja y, también el plomo para generar puntos de referencia con respecto a las vigas de apoyo donde se situaría el pistón de carga, de tal manera que la carga solicitante al panel estuviese centrada. En la Figura 5.21 se muestra un esquema general del ensayo.

156

Figura 5.21. Esquema General del Montaje Ensayo de Flexión.

Se utilizaron dos rodillos metálicos bajo la superficie del panel, simulando su situación de simplemente apoyado. Sobre estos rodillos, se utilizaron 2 placas de apoyo de ancho igual a 1/20 de la altura del panel y largo igual al ancho del panel. La distancia o luz libre entre estos apoyos fue de 225 [cm]. Además, se ocuparon 4 placas de carga metálicas, 2 de las cuales (adyacentes al panel) debían tener un ancho y un largo igual a las placas de apoyo descritas anteriormente. Entre estas placas de carga, se ubicaron 2 rodillos de madera, con sección transversal en forma de “U”, para permitir la deformación del panel al flexionarse. Estas placas y rodillos se situaron sobre la superficie de panel, para que así distribuyesen la carga proporcionada por el cilindro hidráulico. La distancia

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entre los ejes longitudinales de estas placas fue de 112,5 [cm]. Perpendicular y sobre estas placas, se dispuso de una viga de distribución de carga, a la cual se le proporcionaba la presión ejercida por el pistón. Además, se dispuso de 2 deformómetros ubicados en la parte central, tanto transversal como longitudinal del canto del panel. Por lo tanto, la deflexión se midió normal a la cara del panel, tal cual lo prescribe la norma. En la Figura 5.22, se muestra una vista frontal

4500 [kg], donde luego se cambió al pistón de 50 [Ton]. Esto se debe a que el anillo de calibración solo puede registrar cargas de hasta 5 [Ton], y se utiliza esto en primera instancia debido a la mayor sensibilidad de la medición de carga y para evitar sobrecalentar la bomba eléctrica. Una vez instalado el nuevo sistema de carga, los incrementos fueron cada 1000 [kPa] o cada 726,12 [kg], cuyo procedimiento se repite hasta llegar a la rotura del panel.

Normativa utilizada. El ensayo de flexión se rige según lo descrito por la NCh803.Of2003: “Elementos de construcción – Paneles – Ensayo de flexión.”. En este ensayo se sometieron 3 paneles de madera contralaminada a la acción de cargas verticales, transversales al plano del panel. Dichas fuerzas se fueron incrementando gradualmente. Se midieron deformaciones producidas por dichas cargas. Así se obtienen resultados significativos como la curva de carga versus deflexión.

Tabla N°5.8. Valores desplazamiento verticales bajo carga. Desplazamientos Bajo Carga (mm)

Carga

0

Flexión N°1 0,00

Flexión N°2 0,00

Flexión N°3 0,00

1488

0,59

0,90

0,80

0,76

2976

1,43

1,70

1,14

1,42

4464

2,12

2,38

1,64

2,05

5952

2,75

3,05

2,40

2,73

7440

3,21

3,75

2,84

3,27

8929

3,80

4,40

3,38

3,86

10417

4,29

4,90

4,16

4,45

11905

5,06

5,51

4,54

5,04

13393

5,53

6,09

5,20

5,61

15128

6,70

6,22

5,38

6,10

Protocolo de Carga

25932 36738

10,63 15,63

10,70 14,69

9,68 14,05

10,40 13,89

Antes de comenzar el ensayo, se debió otorgar una pre-carga al panel, para asegurar que el sistema se estabilice y ajuste. El ensayo se comenzó con una carga pequeña, de 500 [kg]. Luego se registró la deflexión inicial. Una vez registrada esta deflexión bajo carga, se procedió a descargar la probeta hasta la pre-carga, para así registrar los valores de deflexión residual. Después de esto, se incrementó la carga hasta la próxima magnitud (1500 [kg]) y nuevamente se registró la deflexión producida por dicha carga. Luego se llevó la carga a la inicial para obtener el registro de los valores residuales en deflexión. El procedimiento se repite hasta alcanzar una carga de

47545

20,26

19,23

17,95

18,71

GRÁFICOS del panel dispuesta para el ensayo.

Figura 5.22. Vista frontal de montaje del ensayo de flexión.

158

Los resultados de los ensayos se muestran en las Figura 5.23 y Figura 5.24. Los valores con los datos que generan los gráficos se muestran en Tablas N°5.8 y Tabla N°5.9

(Pa)

Flexión Promedio 0,00

Figura N°5.23. Grafico resultado de flexión.

159



Tabla N°5.9. Valores desplazamiento verticales residuales.

Las fallas que se presentaron en los 3 paneles ensayados al momento de su ruptura, fueron:

Desplazamientos residuales(mm)

Carga

FALLAS

- Flexo-tracción de la capa inferior.

(Pa)

Flexión N°1

Flexión N°2

Flexión N°3

Flexión promedio

0

0,00

0,00

0

0,00

1488

0,48

0,06

0,33

0,29

2976

0,23

0,52

0,77

0,51

4464

0,44

0,52

0,34

0,43

5952

0,18

0,52

0,32

0,34

7440

0,15

0,55

1,54

0,75

8929

0,65

0,52

1,36

0,84

10417

0,06

0,53

0,99

0,53

11905

0,51

0,01

1,31

0,61

13393

0,42

0,59

1,05

0,69

15128

0,50

0,00

0,75

0,42

25932

1,62

0,59

0,35

0,85

36738

0,14

0,60

0,70

0,48

47545

0,51

0,83

0,83

0,72

- Falla por delaminación o falla por cizalle en la interfaz con adhesivo en la capa .intermedia. - Falla por unión endentada en capa inferior.

Análisis Falla de Panel Nº1 Se presentó una falla de flexo-tracción de la capa inferior o de las capas involucradas en la flexo-tracción del panel, propia del tipo de carga aplicada. Se presume que esta falla, debido al tipo de solicitación, tiene una incidencia en las fallas que se mencionarán posteriormente. Cabe destacar que la falla no se presentó en el centro longitudinal del panel, sino que más cercana a uno de los apoyos, esto se puede apreciar en la Figura 5.24, Figura 5.25 y Figura 5.26.

.

CARGAS Las cargas máximas registradas en los paneles fueron de aproximadamente 23.2 tonelada. Las cargas máximas individuales son las que se presentan en la Tabla 5.10.

Tabla 5.10. Cargas máximas en ensayo de flexión.

160

PANEL N°

Carga máxima (kg)

Panel N°1

21.784

Panel N°2

23.236

Panel N°3

24.688

Figura 5.24. Falla por flexo-tracción.

161



Se presentó otra falla de cizalle longitudinal entre la capa inferior y la capa intermedia. Dicha falla hace presumir que la unión encolada entre las capas involucradas no fue la óptima, debido a que es posible observar que el adhesivo está totalmente aplicado en una sola cara de una capa, mientras que la otra cara carece de restos de adhesivo seco, lo que implica que el adhesivo se quedó solo en la cara en la cual fue aplicado. Además se observa un desplazamiento remanente de la capa exterior respecto de la interior, dicho desplazamiento se produce en la dirección longitudinal del panel y es de 3 [cm], como se puede observar en la Figura 5.26 y Figura N°5.27.

Figura 5.25. Falla por flexo-tracción.

Figura 5.27. Falla por cizalle longitudinal de la capa externa inferior.

Se presentó otra falla en la unión endentada de la pieza lateral de la capa inferior expuesta a flexo-tracción. Dicha falla hace presumir que la fabricación de la unión endentada no fue la óptima, debido a que es posible observar una clara separación que ocurre entre las 2 piezas unidas. Dicha falla se puede observar en la Figura N° 5.28 y Figura 5.29. Figura 5.26. Falla del panel Nº1.

162

163



Figura N° 5.29. Falla de unión endentada por flexo-tracción. Figura N° 5.28. Falla de unión endentada por flexo-tracción.

Análisis Falla de Panel Nº2. Se presentó una falla de flexo-tracción de la capa inferior o de las capas involucradas en la flexotracción del panel, propia del tipo de carga aplicada. Debido a lo que es posible observar en la falla de este panel en particular, como se puede apreciar en la Figura 5.30, se presume que las uniones endentadas de la capa inferior, inducen de cierta forma la falla antes que ésta se produzca en forma natural. Esta premisa se apoya en que la línea de falla coincide con la línea de uniones endentadas de las 3 piezas que se encuentran en esta capa.

164

165



Figura 5.31. Falla por acebolladura en una pieza.

Figura N° 5.30. Falla por flexo-tracción.

Se presentaron otras fallas en las uniones endentadas de las 3 piezas de la capa inferior expuesta a flexo-tracción. Dichas fallas hacen presumir que la fabricación de la unión endentada no fue la óptima, debido a que es posible observar una clara separación que ocurre entre las 2 piezas unidas. Dicha falla se puede observar en la Figura N° 5.30. Se presentó una falla por acebolladura en una pieza presente en la capa inferior exterior. Esta es una falla propia de la estructura de la madera, en la cual se puede apreciar una separación de los anillos de crecimiento presentes en dicha pieza. (Ver Figura 5.31). Además, esta falla es coincidente con una falla por delaminación o cizalle del adhesivo, que se presentó solo en esta pieza en particular, por lo tanto no es posible asignar un tipo de falla a esta pieza, sino que un conjunto de ambas. Esto se puede observar en la Figura 5.32.

Figura 5.32. Falla por delaminación o cizalle del adhesivo.

166

167



Panel Nº3 Se presentó una falla de tracción de la capa inferior de las capas involucradas en la flexión del panel, propia del tipo de carga aplicada. Además se puede observar una falla de la unión endentada (Ver Figura 5.34). Entonces, se puede inferir que las uniones endentadas de la capa inferior, inducen de cierta forma la falla antes que esta se produzca en forma natural, sin embargo en comparación con el panel N°2, esto se da en menor medida. Además es posible observar que la línea de falla en la capa inferior no es paralela al lado transversal del panel como ocurre con los 2 paneles descritos anteriormente, sino que presenta un cierto ángulo (ver Figura 5.33).

Figura 5.33. Falla de flexotraccion. Figura 5.34. Falla en unión endentada.

Se presentaron además, fallas de delaminación o cizalle del adhesivo, pero en sectores particulares, y no en la totalidad de la superficie de las capas. Esto se puede observar en la Figura 5.35.

168

169



Figura 5.35. Falla por delaminación ocizalle a través del adhesivo.

Además se puede observar una falla propia de la madera, en una pieza en la cual la línea de falla del panel pasa por un nudo. Esto se puede observar en la Figura 5.36 y Figura 5.37.

Figura N°5.37. Falla debido a la presencia de nudos en la madera.

CONFORMIDAD CON LOS REQUISITOS Los resultados de los ensayos se resumen en las siguientes características:

La carga máxima registrada fue de: - 21.784 (kg) para el Panel N°1 - 23.236 (kg) para el Panel N°2 - 24.688 (kg) para el Panel N°3. - Carga Máxima Promedio fue de 23.236 (kg).

Según los datos anteriores y la clasificación que indica la norma NCh806.EOf71, para resistencias a las cargas de flexión, los paneles clasifican en la categoría RT3c.

Figura N°5.36. Falla debido a la presencia de nudos en la madera.

170

171



Capítulo 6:

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Diseño Estructural

173



DISEÑO ESTRUCTURAL DE ELEMENTOS DE CLT FABRICADOS CON PINO RADIATA

Generalidades

Las metodologías de diseño existentes permiten determinar las tensiones y rigideces de los elementos de CLT, basándose principalmente en las propiedades mecánicas en las direcciones principales del material. Así, los denominados y se refieren a los módulos de elasticidad en flexión de las capas en las direcciones paralela y perpendicular al eje de mayor resistencia, respectivamente. En este caso, se recomienda para aproximaciones analíticas que exista una relación específica entre estos módulos de elasticidad. Dicha relación puede expresarse como:

(1)

Asimismo, puede recomendarse un valor para el cociente entre el módulo de corte de las capas en la dirección paralela y perpendicular al eje de mayor resistencia del material, G0 y GR (módulo rodante), respectivamente. Esta relación puede establecerse como:

G0 =10 GR

(2)

Tanto la tensión rodante de corte como la rigidez de corte, en los elementos de CLT, han sido definidas como puntos claves en el control de los parámetros para el diseño, pues son estos valores los que controlan el comportamiento de sistemas de losas y muros de CLT.

Figura 6.1. Relación entre módulo de corte y módulo de corte rodante (Gagnon y Pirvu, 2011)

174

175



Un esquema de la distribución de tensiones de corte rodante en un elemento de CLT, junto con una falla típica por este tipo de corte, son ilustrados en la Figura 6.2 (a) y (b).

Diseño de losas y vigas de CLT sometidas a flexión Determinación de la tensión de diseño en flexión En base al procedimiento indicado en la normativa chilena actual (NCh1198 of 2006), para determinar las tensiones de diseño, complementado con las recomendaciones indicadas por la empresa canadiense FPInnovations, se estima que las tensiones de diseño para elementos sometidos a flexión son:

En la zona flexo - comprimida la tensión de diseño se determina según la siguiente expresión:

(4)

En la zona flexo - traccionada la tensión de diseño se determina según la siguiente expresión: Figura 6.2. (a) Distribución de tensiones de corte rodante y (b) falla típica en un elemento de CLT (Gagnon y Pirvu, 2011) Basado en la experiencia nacional (NCh1198 of 2006) e internacional (Gagnon y Pirvu, 2011) se recomienda la siguiente relación:

(3)

La deformación debido al corte que se genera en los elementos de CLT bajo solicitación uniforme perpendicular al plano puede ser despreciada en paneles con una gran relación largo/espesor (l/d). En Canadá se ha adoptado un límite mínimo de 30 para la relación l/d, hasta que se posea mayor información acerca del efecto de las deformaciones por corte en el diseño. Considerando aquello, se recomienda considerar el mismo valor limitante para la relación l/d en Chile.

Se recomienda que los fabricantes de paneles de madera contralaminada se mantengan dentro de los límites recomendados, ya que para relaciones largo/espesor muy pequeñas la fabricación del elemento es poco conveniente desde el punto de vista económico. Además, la deformación por corte pasa a ser una de las limitantes del diseño. Por otro lado, para casos con relaciones elevadas de largo/espesor, comienza a dominar en el diseño la deformación debido a vibraciones y creep de los paneles.

176

(5)

Donde: : Tensión de diseño en flexión considerando efectos de inestabilidad por volcamiento, MPa. : Tensión de diseño en flexión en el borde traccionado, en MPa. : Factor de modificación por el contenido de humedad, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por duración de la carga, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por trabajo conjunto, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por tratamiento químico, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por volcamiento, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por altura, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por temperatura, según NCh1198 of 2006 : Tensión admisible en flexión; en MPa.

Para la determinación de la tensión de trabajo a flexión, se puede proceder de acuerdo a la aplicación del método Gamma, método K o el método de la Analogía al corte, respectivamente. Mayores detalles pueden ser encontrados en Valdivieso Cascante (2012).

177



Método Gamma (Teoría de vigas con uniones mecánicas)

•

Las piezas individuales de madera tienen la longitud completa o están hechas con empalmes encolados.

Descripción de la metodología

•

Las partes individuales están conectadas entre sí mediante elementos de fijación mecánicos con un módulo de deslizamiento K.

El método analítico que ha sido adoptado ampliamente en Europa para el diseño de madera contralaminada corresponde a la teoría de vigas con uniones mecánicas, o también denominada Método Gama. Esta metodología de diseño aparece incorporada en la NCh1198 of 2006, correspondiente al diseño en flexión, en que aparece desarrollada la teoría aplicada a la flexión uniaxial de vigas compuestas. La aplicación de esta metodología al diseño de elementos de CLT, considera un caso particular en el que las uniones mecánicas que supone el método son reemplazadas por uniones encoladas, logrando de esta forma uniones entre capas totalmente rígidas. De acuerdo con este método, la rigidez de la losa en flexión se define con el concepto de Rigidez en Flexión Efectiva , la cual depende de las propiedades de la sección de la losa o viga, y de un factor de eficiencia de la conexión entre los paneles, que se denomina factor .

•

La separación “s” entre los elementos de fijación es constante, o varía uniformemente de acuerdo a la ley de esfuerzos cortantes entre

•

La carga actúa en la dirección del eje z (perpendicular al panel) dando lugar a un momento M = M(x) que varía sinusoidalmente o parabólicamente, y un esfuerzo de corte V = V(x).

El coeficiente depende de las características de las uniones mecánicas, y representa qué tan flexible o rígida es la unión. Se considera que un valor de =0, representa una unión completamente flexible, mientras que =1, representa una unión completamente rígida (encolada).

Figura 6.4. Distribución de tensiones para elementos compuestos unidos con medios mecánicos (Eurocódigo 5)

Figura 6.3: Representación del factor de eficiencia de la conexión respecto a las tensiones

Las modificaciones introducidas a la teoría, en primera instancia, son que en un panel de CLT aquellas capas que están orientados en la dirección longitudinal, son las encargadas de tomar la acción completa de la carga solicitante. Por otro lado, se considera la rigidez al corte rodante de los paneles orientados perpendicularmente a la carga; en otras palabras, se asume que los paneles longitudinales son vigas que están conectadas por uniones mecánicas imaginarias que tienen una rigidez al corte igual al corte rodante de los paneles.

(Gagnon y Pirvu, 2011)

Hipótesis de la teoría Las hipótesis en la que se sustenta la teoría son las que se mencionan a continuación: • •

178

Metodología basada en la teoría elástica lineal. Las vigas se encuentran simplemente apoyadas con una luz “l”. En vigas continuas las expresiones pueden utilizarse con una luz “l” igual a 0,8 veces la luz aplicable, y para voladizos una luz “l” igual a dos veces la longitud del voladizo.

De esta manera, en cada interfaz entre las capas (dispuestas perpendicularmente entre sí) que conforman el panel, la relación entre el espaciamiento entre las uniones mecánicas “s” y el módulo de deslizamiento de las uniones se reduce para el caso de uniones encoladas a la siguiente expresión:

(6)

179



Donde: : Espaciamiento entre las uniones mecánicas. : Espesor del panel en dirección perpendicular a la acción de la carga. : Módulo rodante de corte. : Módulo de corrimiento de uniones mecánicas.

(9)

: Factor de eficiencia de la conexión : Área de la sección transversal del panel i del elemento de CLT

: Ancho del panel (normalmente se considera b = 1m).

La teoría de vigas con uniones metálicas (aplicada a elementos de CLT) recomienda usar para losas una relación largo/espesor mayor a 30, de esta manera se asegura que la deformación por corte del panel sea mínima.

Factor de eficiencia de la conexión Se designa como al factor de eficiencia de la conexión mecánica, el que es definido de acuerdo a la NCh1198 of 2006 y el Eurocódigo 5 de 2004, como se muestra a continuación:

(7)

Donde:

(10)

: Distancia entre la línea neutra del panel y el centroide de la capa i del elemento de CLT. El subíndice puede tomar los valores = 1, 2 y 3; por lo tanto, esta metodología considera como máximo un número de n=3 capas. Esto quiere decir que la teoría es aplicable en elementos de CLT que posean hasta tres capas paralelas a la dirección de aplicación de la carga. En paneles con más capas longitudinales a la dirección de la carga se deben desarrollar algoritmos matemáticos que permitan aplicar la metodología.

Tensiones normales Tensión en flexión Basado en la teoría de vigas con uniones mecánicas contenida en el Anexo B del Eurocódigo 5 (2004), se define la tensión total en cada una de las capas como:

: Área del panel i. : Longitud de la losa. : Módulo de elasticidad del panel i en dirección longitudinal. : Factor de eficiencia de la unión. El factor de eficiencia debe estar contenido entre los límites 0 y 1. Para el caso de uniones encoladas, el valor típico que adopta el factor oscila entre 0,85 y 0,99.

(11)

Donde:

: Tensión normal total en la capa i : Tensión global de la capa i

Rigidez y tensión efectiva En base a la teoría de vigas con uniones mecánicas aplicado a losas, la rigidez efectiva del panel de CLT debe calcularse según la siguiente expresión:

(12)

: Tensión local de la capa i

(8)

Donde:

: Momento solicitante máximo.

(13)

: Módulo de elasticidad de la capa i del panel (se usan valores medios del módulo de elasticidad). : Inercia de la capa i de la sección transversal del panel.

180

181



De esta forma la tensión total en la capa i se determina según lo que se indica a continuación:

: Ancho de la sección transversal, normalmente se considera = 1m : Momento estático del área de corte de la sección transversal

(14)

Determinación de tensión de corte de diseño Determinación del momento resistente Se compara la tensión máxima en el elemento, con la tensión de diseño que se obtiene utilizando la NCh1198 of 2006. Por lo tanto:

La condición de diseño para las tensiones de corte se expresa como se muestra en la ecuación extraída de la NCh1198 of 2006:

(15)

(16)

(17)

La tensión de diseño, según la norma chilena NCh1198 of 2006 para el diseño por corte en vigas simples, se determina multiplicando la tensión admisible por factores K que dependen de las condiciones en que se encuentre el elemento a diseñar, como se muestra a continuación:

Tensión de corte

(18)

:Tensión máxima de corte : Máxima solicitación de corte : Área gruesa de corte de la sección transversal del panel de CLT

182

: Tensión de diseño en corte longitudinal, en MPa. : Factor de modificación por el contenido de humedad, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por duración de la carga, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por rebaje inferior recto, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por rebaje inferior inclinado, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por rebaje superior, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por tratamiento químico, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por temperatura, según NCh1198 of 2006 : Tensión admisible en corte; en MPa.

Considerando la ecuación (20), se despeja el corte máximo longitudinal resistente por el elemento de CLT analizado, de esta forma:

Donde:

(21)

Donde:

La tensión máxima de corte en el panel se produce cuando la tensión normal es nula. El procedimiento de diseño para calcular la tensión de corte se lleva a cabo utilizando la NCh1198 of 2006, correspondiente a la determinación de la tensión de corte para vigas simples:

(20)

(19)

(22)

(23)

183



En el caso de ser un panel de sólo una capa en la dirección perpendicular a la acción de la carga (CLT de 3 capas), se debe calcular el corte máximo resistente tal como se indica en la ecuación (20), reemplazando la resistencia admisible de la capa dispuesta perpendicular a la carga, que es denominada tensión admisible de corte rodante , la determinación de la tensión de diseño se realiza utilizando la ecuación siguiente:

(24)

En paneles con más de 5 capas, se debe añadir al corte máximo determinado según la ecuación (18) el corte máximo rodante , el que se determina utilizando la siguiente ecuación:

(25)

• • •

• •

Existe una relación lineal entre la tensión y la rigidez. La hipótesis de Bernoulli es válida, por lo tanto, se asume que las secciones transversales se mantienen planas. Se consideran todas las capas del panel de CLT, tanto las paralelas como las perpendiculares a la acción de la carga. Como se señaló anteriormente, existe una relación entre los módulos de elasticidad, tal que No se considera la deformación por corte. Se debe usar sólo para elementos con una relación largo/espesor mayor a 30.

Factores de composición

Se asigna como ki al factor de composición, cuyo valor depende de la orientación de la carga respecto al panel. Las ecuaciones para determinar los factores de composición se muestran en las siguientes tablas 6.1(a) y 6.2(b):

corresponde al momento estático determinado hasta la interfaz, entre la capa central del panel, y la capa dispuesta perpendicular a la acción de la carga inmediatamente posterior a la capa central. Luego, el corte máximo se determina de la siguiente forma:

(26)

Se establece que las tensiones admisibles para cada uno de los casos se deben determinar en base a ensayos, sin embargo, a falta de éstos se deben considerar las tensiones admisibles otorgadas por la NCh1198 of 2006.

Método K (Teoría compuesta)

Tabla 6.1(a). Factores de composición (Gagnon y Pirvu, 2011)

Generalidades La versión original de esta metodología no considera las capas perpendiculares a la dirección de la carga, esto se ve reflejado en que el módulo de elasticidad Mpa. Para cubrir dicha deficiencia en la teoría, es necesario incorporar algunos criterios que permitan diseñar elementos de madera contralaminada:

184

185



Luego, siguiendo el procedimiento de diseño, se establece que:

(28)

Se define como a la tensión en flexión admisible, la que para esta teoría se determina según la siguiente ecuación:

(29)

Si se compara la metodología anterior con la nomenclatura usada en la NCh1198 of 2006, se tiene que corresponde a Ff . En la ecuación (29), es equivalente a fb,eff ,este último se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 6.2(b). Factores de composición (Gagnon y Pirvu, 2011)

Figura 6.5: Esquema aclaratorio para el uso de la tabla 1(a) y 1(b)

Tabla 6.3. Determinación de la tensión efectiva (Gagnon y Pirvu, 2011)

(Gagnon y Pirvu, 2011)

Método de la analogía de corte Generalidades

Tensión y rigidez en flexión

Esta metodología, según la literatura, es la más precisa de todas las existentes para diseñar elementos de madera contra laminada puesto que:

La tensión máxima es determinada mediante la siguiente ecuación:

186

(27)

187



• • •

Es aplicable para cualquier tipo de configuración de CLT, ya que incorpora todas las capas para determinar la rigidez y tensiones que se desarrollan en el panel. Considera los efectos de las tensiones y deformaciones por corte en el panel. La teoría se basa en considerar al elemento de CLT como una superposición de dos superficies o vigas virtuales, las que poseen diferentes rigideces. Se supone la existencia de una superficie o viga A, la que contiene la rigidez de flexión inherente de cada una de las capas respecto a su propia línea neutra; y además, existe una viga o superficie B que aporta la rigidez llevada desde el centro de gravedad de cada una de las capas a la línea neutra del panel (utilizando el teorema de Steiner).

Para el elemento de CLT que se muestra en la figura 6.7 se define:

: Distancia entre la superficie central de la capa i y la línea neutra de la sección transversal del panel. : Número de capas que componen el panel. : Altura total del elemento. : Espesor de la capa i del elemento. : Distancia entre los centros de gravedad de las capas externas del panel.

(30)

Figura 6.6. Esquema del método (Gagnon y Pirvu, 2011)

Consideraciones del método: • • •

•

•

•

188

Es aplicable la teoría clásica de flexión, considerando la deformación por corte para obtener las tensiones en base a los esfuerzos. Las secciones transversales se construyen respetando simetría, y las capas que componen el panel se disponen una perpendicular a la otra. En Chile se aplica sólo para elementos de CLT en los que existe unión rígida entre capas. Esto se garantiza utilizando paneles en donde las capas se encuentren completamente unidas con adhesivo estructural. Dada la condición rígida de la unión obtenida en conformidad con lo dispuesto en el punto anterior, se genera una compatibilidad entre las deformaciones que poseen las superficies o vigas del tipo A con las del tipo B, de esta forma es posible asegurar que . En cada una de las capas que componen el panel, se deben considerar los módulos de elasticidad y módulos de corte promedios para el diseño y determinación de las propiedades mecánicas. Son aplicables las recomendaciones para determinar el módulo de elasticidad y módulo de corte rodante de las capas dispuestas perpendicularmente a la acción de carga.

Figura 6.7. Sección tipo de un elemento de CLT aplicado a la analogía de corte

Rigidez en flexión En el panel de madera contralaminada se consideran dos tipos de rigideces, dada la idealización que se emplea en la metodología. Se denomina como a la rigidez en flexión de la viga o superficie A, mientras que se indica con a la rigidez en flexión de la viga o superficie B. De esta forma:

Metodología de cálculo

(31)

Para la determinación de las rigideces y tensiones en flexión y corte en el panel de CLT, se asume que el ancho de análisis en losas es unitario. Normalmente se considera de un metro (recomendación).

(32)

189



Donde j corresponde a la dirección cartesiana X o Y en la cual se esté determinando la rigidez y/o tensión. Para flexión en torno al eje Y le corresponde un momento flector en X, mientras que para la flexión respecto al eje X le corresponde un momento flector en Y.

El procedimiento de diseño, tanto en flexión como en corte está señalado en las ecuaciones (4), (5), (15), (20) y (21).

Finalmente, la rigidez efectiva en flexión para un panel de madera contralaminada de n capas es:

Deformaciones

(33)

Carga uniformemente distribuida:

Tensión de flexión pura

De acuerdo a la teoría de Navier, se establece que la tensión debido a la solicitación de momento es:

(38)

Carga P concentrada en el centro de la luz:

(39)

(34)

Donde: : Módulo de elasticidad promedio en la dirección j del panel de CLT. Para la obtención de dicho valor se considera un promedio ponderado:

Según la metodología de la analogía de corte, la deformación máxima que se produce en una losa o viga de CLT está dada por:

Donde: : Carga uniformemente distribuida a lo largo de la viga o losa. : Longitud de la viga o losa de análisis. : Coeficiente de forma de corte, según Timoshenko =1,2. : Carga concentrada. : Rigidez efectiva en flexión. : Rigidez efectiva de corte.

(35)

: Momento solicitante. : Posición de la tensión de flexión. : Tensión en flexión del panel de CLT en la dirección j.

Rigidez efectiva de corte Se define la rigidez efectiva de corte como sigue: Figura 6.8. Esquema de la deflexión que experimenta una losa o viga

(36)

Las deformaciones admisibles máximas están dadas en la NCh1198 of 2006.

Tensión de corte

190

(37)

191



Compresión perpendicular a la fibra

En la siguiente Figura 6.9 se muestra el esquema con las solicitaciones señaladas anteriormente.

Tensión de trabajo Se define la compresión perpendicular a la fibra en aquellas zonas de apoyo de la viga o losa, según lo siguiente:

(40)

Donde: : Tensión de trabajo por aplastamiento, en MPa. : Carga aplicada, en N. : Sección neta aplastada, en mm2.

Tensión de diseño Según la NCh1198 of 2006 la tensión de diseño en compresión perpendicular a la fibra está determinada por la siguiente expresión:

(41)

Donde: : Tensión de diseño en compresión normal a la fibra, en MPa. : Tensión admisible en compresión normal a la fibra, en MPa. : Factor de modificación por el contenido de humedad, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por aplastamiento; según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por tratamiento químico, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por temperatura, según NCh1198 of 2006

Los factores K anteriormente mencionados se definen según lo indicado en la norma NCh 1198 of 2006.

Figura 6.9. Esquema de las cargas sobre un muro de CLT (Gagnon y Pirvu, 2011)

Para el caso de las cargas laterales fuera del plano, debe analizarse el problema como si fuera una viga o losa sometida a flexión. Para los primeros dos tipos de solicitaciones, el análisis debe realizarse con el procedimiento de diseño que se describe a continuación.

Compresión paralela a la fibra Para este estado límite se considera que los elementos de CLT están solicitados por una carga axial N, que actúa en el centro geométrico de gravedad.

Diseño de muros y columnas de CLT Alcances Los muros y columnas fabricados con CLT están sujetos a tres tipos de solicitaciones: • • •

192

Carga vertical (gravitacional) en el plano. Carga lateral en el plano, proveniente de solicitaciones dinámicas. Carga lateral fuera del plano, proveniente de solicitaciones dinámicas.

La longitud efectiva corresponde a la multiplicación de la longitud total (l) del elemento, por un coeficiente K que depende de las condiciones de apoyo que presente la columna o muro. De esta forma, se tiene:

(42)

193



Esbeltez y restricciones

La inercia efectiva en torno al eje Y se calcula en base a lo especificado con las ecuaciones (8) y 9). Se tiene entonces:

Se entiende por efecto de esbeltez ( ) a la reducción de la resistencia de un elemento sujeto a compresión axial o a flexo-compresión. Esta disminución se debe a que la longitud del elemento es alta en comparación con las dimensiones de su sección transversal. La esbeltez establece la relación entre la longitud efectiva de pandeo elemento de CLT:

y el radio de giro del

(43)

Donde: : Dirección de análisis en torno al eje “X” o “Y”, según Figura 10. : Longitud efectiva de pandeo. : Radio de giro, definido como:

Por otro lado, para obtener la inercia efectiva en torno al eje X el método considera la suma de las capas que aportan su inercia individual:

(47)

Donde: : Número de capas aportantes. : Inercia de la capa. (44)

Tensión de trabajo y de diseño a la compresión La tensión de trabajo en compresión pura se define de acuerdo a la siguiente expresión:

: Inercia de la sección del panel de CLT. : Área de las capas paralelas de la sección del panel de CLT, definido como:

(46)

(45)

: Ancho de la sección de análisis.

(48)

Donde: : Tensión de compresión pura, en MPa. : Fuerza actuante sobre el panel de CLT, en N. : Área de las capas paralelas a la acción de la carga, en mm2.

La norma NCh1198 of 2006 se establece que si el elemento no presenta problemas de inestabilidad , la tensión de diseño queda definida como:

(49)

Figura 6.10. Sección de columna sometida a compresión paralela

La norma NCh1198 of 2006 establece que la esbeltez en elementos estructurales principales no debe superar el valor de 170, mientras que para elementos constituidos de sistemas arriostrados que quedan comprimidos (casos de solicitaciones de viento o sismo), la esbeltez no debe superar el valor de 200.

194

195



Si el elemento presenta problemas de inestabilidad lateral determinada por la siguiente expresión:

, la tensión de diseño queda

(50)

Donde: : Tensión de diseño en compresión, en MPa. : Tensión de diseño en compresión considerando inestabilidad lateral, en MPa. : Tensión admisible en compresión, en MPa. : Factor de modificación por contenido de humedad, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por duración de la carga, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por esbeltez, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por tratamiento químico, según NCh1198 of 2006 : Factor de modificación por temperatura, según NCh1198 of 2006

Elementos sometidos a esfuerzos combinados El diseño de aquellos elementos de CLT sometidos a un esfuerzo combinado, debe regirse por los criterios contenidos en la NCh1198 of 2006.

Los factores K anteriormente mencionados se definen según lo indicado en la norma NCh 1198 of 2006.

Tracción paralela a la fibra

Diseño de uniones y conectores

Tipos de uniones

Tensión de trabajo

Unión tipo panel-panel

La tracción paralela a la fibra para un panel de madera contralaminada se define como:

Donde: : Tensión de diseño en tracción paralela a la fibra, en MPa. : Tensión admisible en tracción paralela a la fibra, en MPa. : Factor de modificación por contenido de humedad, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por duración de la carga, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por altura, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por concentración de tensiones, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por tratamiento químico, según NCh1198 of 2006. : Factor de modificación por temperatura, según NCh1198 of 2006.

(51)

Este tipo de unión se utiliza para ensamblar paneles en el mismo plano, es decir paneles de muro, piso y techumbre. Para realizar la unión se pueden emplear conectores tanto innovadores como tradicionales (como son tornillos y clavos). La siguiente Figura 6.11 muestra dos configuraciones típicas de unión de dos paneles en el mismo plano. La figura de la izquierda muestra una unión de cizalle doble, mientras que la figura de la derecha ilustra una unión de cizalle simple. Como característica común, en ambos casos los elementos de unión, que son tornillos de doble rosca WT, son solicitados principalmente a extracción lateral.

Donde: : Tensión de trabajo en tracción paralela a la fibra, en MPa. : Solicitación de tracción axial, en KN. : Área neta de la sección, en mm2.

Tensión de diseño De acuerdo a la NCh1198 of 2006, la tensión de diseño para tracción paralela a la fibra queda determinada por:

196

(52)

197



Unión muro-fundación

En general, para las uniones muro-fundación se emplean placas metálicas tanto a la vista como ocultas. En el caso a la vista se presentan dos opciones. Dependiendo del tipo de fundación, se puede utilizar una placa en ángulo, tal como se muestra en la Figura 6.13, o bien, una placa común la que se conecta mediante pernos de anclaje a la fundación y con tornillos al panel. En ambos casos se utiliza un trozo de madera estructural entre el panel y la fundación. Figura 6.11. Configuraciones típicas de unión panel-panel (Ramos Bravo y Saavedra Moya, 2011)

Unión tipo muro-muro Este tipo de unión se presenta tanto al interior como al exterior de la estructura y su realización es simple, por lo cual, se hace en terreno. Esta unión permite el traspaso de esfuerzos de corte, flexión y momentos.

Una alternativa para efectuar este tipo de unión consiste en utilizar tornillos autorroscantes, introducidos de forma perpendicular al panel o con un ángulo de inclinación, tal como se muestra en la siguiente Figura 6.12, tanto para el caso muro exterior de la izquierda, como para el caso muro interior de la derecha.

Figura 6.13. Típica unión muro-fundación con soporte metálico (Gagnon y Pirvu, 2011)

Unión muro-piso/techo Este tipo de unión tiene como objetivo principal, traspasar esfuerzos de piso o techo hacia los muros inferiores, por lo que tiene gran relevancia frente a solicitaciones laterales como el sismo y el viento. El sistema constructivo de esta unión puede realizarse por medio del método tipo plataforma, en que es posible encontrar una placa metálica en forma de “L” atornillada a los paneles de piso y a los muros superiores e inferiores, tal como se ilustra en la Figura 6.14. Figura 6.12. Uniones muro-muro en base a tornillos autorroscantes (Ramos Bravo y Saavedra Moya, 2011)

198

199



El modo de fluencia Ic está referido a cargas condicionadas por la fluencia de aplastamiento en las paredes de los agujeros de la madera de la pieza principal o central, mientras que el modo Il en los de la pieza de madera lateral. El modo II se debe a un giro del pasador respecto al plano de contacto entre maderos en uniones sometidas a cizalle simple, donde ocurre aplastamiento alrededor de los bordes de las piezas, que conduce, a su vez, a un deterioro de la fibra de las caras externas de las piezas. Cabe destacar que este modo de falla no ocurre en uniones de tres maderos.

Figura 6.14. Típica unión muro-piso/techo mediante soporte metálico (Gagnon y Pirvu, 2011)

Normativa chilena de diseño de uniones en madera La norma chilena NCh 1198 of. 2006 establece métodos y procedimientos de diseño estructural que determinan las condiciones mínimas que deben cumplir los elementos y las uniones en las construcciones de madera aserrada, elaborada, laminada-encolada y postes de madera.

El modo III ocurre por fluencia al aplastamiento de la madera, donde se produce una rótula plástica por cada plano de corte, la que puede ser en la pieza principal o en la lateral, causado por la fluencia en flexión del pasador. Este modo se puede clasificar en los tipos IIIc y IIIl. Esto se debe a que en uniones de cizalle simple, la rótula generada puede producirse en la pieza principal o en la lateral adyacente al plano de contacto de las piezas. Cuando la rótula se genera en el interior de una pieza, en la otra ocurre falla por aplastamiento de las fibras de la madera. Debido a esto, cuando se agota la resistencia al aplastamiento de la madera principal, se clasifica como modo IIIc, en caso contrario IIIl. En el caso de unir tres maderas, el modo de falla IIIc no se presenta. En el caso IIIl aparecen dos rótulas plásticas, adyacentes a los planos de contacto de las maderas, lo que provoca un agotamiento de resistencia al aplastamiento de la pieza lateral. En el modo IV ocurre fluencia del pasador en dos puntos donde se generan rótulas plásticas por cada uno de los planos de corte de la unión, donde ocurre además fluencia de aplastamiento de la madera en torno a los planos de corte. La Figura 6.16 ilustra los distintos modos de fluencia en uniones de cizalle simple y doble, según la normativa Nch 1198 of. 2006.

Falla por extracción lateral

Falla por extracción directa

La siguiente figura 6.15 muestra un detalle típico de conexiones de cizalle simple y doble. Producto del desempeño de estos tipos de unión, la falla a la que están expuestos es por extracción lateral, donde diversos modos de fluencia pueden producirse como consecuencia de la combinación de las características de fluencia del pasador y de la madera. A continuación se detallan dichos modos.

Para el caso de extracción directa de uniones clavadas, la norma chilena sugiere evitar (cuando sea posible) el uso de clavos solicitados por fuerzas orientadas según la dirección del eje del clavo. Además, la norma recomienda que los clavos estén colocados con sus ejes perpendiculares a la fibra de la madera, y que la madera esté verde y que no cambiará de estado, o que la madera esté seca y no alterará su contenido de humedad mientras dure la unión. Debe tenerse presente que los clavos colocados con sus ejes paralelos a la fibra de la madera y solicitados en extracción directa, no deben ser considerados en el cálculo estructural.

Figura 6.15. Uniones de cizalle simple (izquierda) y doble (derecha) (Nch 1198 of. 2006)

200

201



Especificaciones para clavos En uniones con clavos que son solicitados a extracción lateral se exige la presencia de al menos cuatro clavos en cada uno de los planos de cizalle que se presentan en uniones clavadas de dos o más piezas de madera. Para desarrollar completamente las capacidades de carga admisibles se debe respetar un espesor mínimo de madera, en función del diámetro D del clavo, igual a: emin = 7D (mm) en uniones de clavo directo. emin = 6D (mm) en uniones con perforación guía. Para elementos constituyentes de uniones estructurales los espesores mínimos deben ser: emin = 18 (mm) en uniones de clavo directo. emin = 16 (mm) en uniones con perforación guía. La penetración efectiva de clavado en la pieza que recibe la punta, p, en mm, debe ser:

Figura 6.16. Modos de fluencia en uniones de cizalle simple y doble (NCh 1198 of. 2006)

Tanto para uniones atornilladas como clavadas, una buena penetración del tornillo, como del clavo, es fundamental para obtener una buena resistencia a la extracción directa. La Figura 6.17 ilustra 2 casos de unión atornillada para considerar el cálculo de la longitud de penetración del tornillo.

p ≥ 12D, en uniones de cizalle simple. p ≥ 8D, en uniones de cizalle múltiple.

El espaciamiento máximo entre clavos, no debe exceder de 40D en la dirección de la fibra y de 20D normal a dicha dirección. En uniones que incorporen tableros de materiales de madera, clavados a piezas de madera se deben considerar los siguientes espaciamientos mínimos: • • •

Entre clavos, colocados en los tableros: 5D, salvo que los espaciamientos entre clavos en la madera resulten condicionantes. Al borde cargado: 4D, en tableros contrachapados y 7D, en tableros de partículas. Al borde descargado: 2.5D.

En tableros estructurales de materiales de madera, el espaciamiento máximo entre clavos en cualquier dirección no debe exceder de 40D. Si los tableros cumplen exclusivamente funciones arriostrantes se acepta espaciamiento máximo de 80D.

Especificaciones para tornillos Figura 6.17. Uniones con tornillos (NCh 1198 of. 2006)

202

Las especificaciones de la norma chilena son aplicables sobre tornillos con un diámetro nominal de al menos 4 mm.

203



Las uniones atornilladas estructurales deben trabajar en cizalle simple y contar con al menos 4 tornillos cuando D < 10 mm, y de dos tornillos cuando D ≥ 10 mm.

Debido a la necesidad de contar con un factor de modificación de la respuesta R para sistemas constructivos en base a paneles de CLT en Chile, el Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago ha desarrollado estudios preliminares (Orellana Parada y Torelli Conde, 2014) que permiten determinar un valor conservador de R igual a 2 para estructuras de CLT provistas de medios dúctiles de conexión.

Las piezas a unir se deben perforar con un diámetro D hasta una profundidad igual a la longitud lisa del vástago y con un diámetro 0.7D hasta una profundidad igual al largo de la zona roscada. Los tornillos se deben insertar con una perforación guía con atornillador u otro similar. No se permite usar golpes de martillo. En tableros estructurales la distancia mínima entre tornillos vecinos, medidas según la dirección de la fibra de la madera y en cualquier dirección en tableros de madera, no debe exceder de 40D. La distancia máxima entre tornillos vecinos en tableros estructurales, medida normal a la dirección de la fibra de la madera, no debe exceder 20D.

Factor de modificación de la respuesta R en el diseño sísmico Los resultados de ensayos cuasi-estáticos en paneles de CLT reportados por Ceccotti et al. (2006) han mostrado que la configuración y diseño de las conexiones tienen una gran influencia sobre el comportamiento global de los muros. Estos estudios han confirmado que para bajos niveles de fuerzas laterales, el comportamiento estructural de muros es influenciado principalmente por las conexiones y no por el panel mismo de madera. Los trabajos experimentales llevados a cabo por FPInnovations (Gagon and Pirvu, 2011) han mostrado las mismas observaciones. En la mayoría de los casos, los paneles de CLT tienden a comportarse como cuerpos rígidos durante los ensayos experimentales y las deformaciones por corte en el plano de los paneles resultan ser muy pequeñas. Los desplazamientos laterales en paneles de CLT son principalmente el resultado de las deformaciones en las conexiones entre las fundaciones y el panel, y en las juntas entre paneles. En general, los paneles de CLT presentan un buen comportamiento sísmico cuando son usados con tornillos o clavos esbeltos con corchetes metálicos para conectar los muros al suelo bajo éstos. El uso de tornillos colocados diagonalmente para conectar muros de CLT al suelo no es recomendable en zonas de algo riesgo sísmico, debido a su poca ductilidad ya que presentan falla frágil. El factor de modificación de respuesta R en el diseño sísmico de edificios toma en cuenta la capacidad de la estructura para incursionar en el rango no-lineal dúctil, a través de la disipación de energía y el consiguiente aumento del periodo de la estructura. Este factor permite diseñar estructuras con niveles de fuerzas sísmicas inferiores a aquellas que se requerirían si la estructura se comportara elásticamente. De este modo, diferentes valores del factor R son asignados a distintos tipos de sistemas estructurales.

204

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Referencias [1] Ceccotti, A., Follesa, M., Kawai, N., Lauriola, M.P., Minowa, C., Sandhaas, C. and Yasumura, M., 2006. Which seismic behaviour factor for multistorey buildings made of cross-laminated wooden panels?. In proceedings of the 39th CIB W18 Meeting, Firenze, Italy, paper 39-15-4. [2] EN 1995-1-1 Eurocode 5, 2004. Design of Timber Structures. Part 1-1. General Rules. General rules and rules for buildings, European Committee for Standardization, Belgica. [3] Gagnon, S. and Pirvu, C. 2011. CLT Handbook Cross-laminated timber. FPInnovations. Canadian edition. Québec, Canada.

[4] Instituto Nacional de Normalización (INN). Nch 1198 of. 2006. Madera – Construcciones en madera – Cálculo. Santiago, INN-Chile. [5] Orellana Parada, S. y Torelli Conde, J., Caracterización mecánica de paneles de madera contralaminada tipo muro y losa ensayadas a compresión y carga horizontal, elaborados con pino radiata crecido en Chile. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles. Universidad de Santiago de Chile. Santiago, Chile, 2014. [6] Ramos Bravo, A. G. y Saavedra Moya, P. C., Estudio del comportamiento de uniones en madera contralaminada. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles. Universidad de Santiago de Chile. Santiago, Chile, 2011. [7] Valdivieso Cascante, D. N., Diseño estructural en madera contralaminada. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles. Universidad de Santiago de Chile. Santiago, Chile, 2012.

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Capítulo 7:

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Anteproyecto de Norma

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ANTEPROYECTO DE NORMA DE FABRICACION DE PANELES CONTRALAMINADOS UTILIZANDO PINO RADIATA CRECIDO EN CHILE INTRODUCCION La Corporación de Fomento, CORFO, en conjunto con la Corporación de Desarrollo Tecnológico de la Cámara Chilena de la Construcción, y la Universidad de Santiago de Chile, a través su Facultada de Ingeniería, Departamento de Ingeniería en Obras civiles, se encuentran desarrollando un proyecto de investigación titulado “ESTUDIOS DE INGENIERIA PARA INTRODUCIR EN CHILE UN SISTEMA CONSTRUCTIVO DE RAPIDA EJECUCION PARA EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA, UTILIZANDO ELEMENTOS DE MADERA CONTRALAMINADA”, referido a la introducción en Chile de un nuevo sistema constructivo en madera. En el desarrollo de este proyecto, se ha realizado la fabricación, caracterización y clasificación mecánica de paneles de madera contralaminada, denominada internacionalmente Cross Laminated Timber (CLT), elaborados con Pino radiata crecido en Chile, además de proponer un Anteproyecto de Norma de Fabricación de Paneles de Madera Contralaminada.

ALCANCE DE ANTEPROYECTO DE NORMA Esta norma establece los requisitos mínimos que se deben cumplir en la fabricación de paneles de madera contralaminada encolada para uso estructural, tales como, clasificación mecánica y visual de la madera, adhesivo, proceso de laminado, elaboración de capas, tamaños y tolerancias. También esta norma establece las disposiciones para evaluar la conformidad y marcado de los paneles.

REFERENCIAS NORMATIVAS Los documentos referenciados siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda).

EN 16351 NCh173 NCh176/1 NCh176/2

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Timber structures - Cross laminated timber – Requirements. Madera – Terminología general. Madera – Parte 1: Determinación de humedad. Madera – Parte 2: Determinación de la densidad.

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NCh724 NCh819 NCh801 NCh802 NCh803 NCh806 NCh935/1 NCh969 NCh992 NCh2149 NCh2150 NCh2151

Paneles a base de madera – Tableros – Vocabulario. Madera preservada – Pino radiata – Clasificación según uso y riesgo en servicio y muestreo. Elementos de construcción – Paneles – Ensayo de compresión. Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de carga horizontal. Elementos de construcción – Paneles – Ensayo de flexión. Elementos de construcción – Paneles prefabricados – Clasificación y requisitos. Prevención de incendio en edificios – Ensayo de resistencia al fuego – Parte 1: Elementos de construcción en general. Madera – Determinación de las propiedades mecánicas – condiciones generales para los ensayos. Madera – Defectos a considerar en la clasificación – Terminología y métodos de medición. Madera – Madera aserrada – Determinación del módulo de elasticidad en flexión – Método de ensayo no destructivo. Madera laminada encolada – Clasificación mecánica y visual de madera aserrada de pino radiata. Madera laminada encolada estructural – Vocabulario.


NORMA CHILENA OFICIAL INSTITUTO

NACIONAL

DE

NORMALIZACION

•

INN-CHILE

Madera contralaminada encolada estructural – Requisitos e inspección Glued contra laminated timber structural–Requirements and inspection

Descriptores: CIN COPYRIGHT © 1984 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN Dirección

: Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, Chile

Casilla

: 995 Santiago 1 - Chile

* Prohibida reproducción y venta *

Teléfonos

: +(56 2) 441 0330 Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0425

Telefax

: +(56 2) 441 0427 Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0429

Web : www.inn.cl Miembro de : ISO (International Organization for Standardization)-COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)

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NORMA CHILENA OFICIAL


NCh802 NCh803 NCh806 NCh935/1

Madera contralaminada encolada estructural – Requisitos e inspección

NCh969 NCh992

Alcance y campo de aplicación General

NCh2148 NCh2149 NCh2150

Esta norma establece los requisitos mínimos que se deben cumplir en la fabricación de paneles de madera contralaminada encolada para uso estructural, tales como, clasificación mecánica y visual de la madera, adhesivo, proceso de laminado, elaboración de capas, tamaños y tolerancias. También esta norma establece las disposiciones para evaluar la conformidad y marcado de los paneles .

NCh2151

Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de carga horizontal. Elementos de construcción – Paneles – Ensayo de flexión. Elementos de construcción – Paneles prefabricados – Clasificación y requisitos. Prevención de incendio en edificios – Ensayo de resistencia al fuego – Parte 1: Elementos de construcción en general. Madera – Determinación de las propiedades mecánicas – condiciones generales para los ensayos. Madera – Defectos a considerar en la clasificación – Terminología y métodos de medición. Madera Laminada encolada- Requisitos de Inspección y Fabricación. Madera – Madera aserrada – Determinación del módulo de elasticidad en flexión – Método de ensayo no destructivo. Madera laminada encolada – Clasificación mecánica y visual de madera aserrada de pino radiata. Madera laminada encolada estructural – Vocabulario.

Terminología y simbología Terminología

Otros materiales Esta norma no imposibilita el uso de otro tipo de materiales u otras técnicas para la elaboración de los paneles mientras el fabricante demuestre, mediante ensayos apropiados, que la calidad de dichos paneles es igual o mejor que los obtenidos según esta norma.

Para los propósitos de esta norma, se aplican los términos y definiciones dados en NCh173, NCh724, NCh2150 y los siguientes.

Capa: tablero de madera compuesto por láminas de madera unidas por sus cantos y cabezas

Referencias normativas Los documentos referenciados siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda).

o a la falta de ligazón entre el adhesivo y la madera

EN 16351 NCh173 NCh176/1 NCh176/2 NCh724 NCh819

Lámina: forma parte de una capa de madera en un elemento laminado. Puede estar formada

NCh801

214

Delaminación: separación de las láminas de un elemento laminado debido a la falla del adhesivo

Timber structures - Cross laminated timber – Requirements. Madera – Terminología general. Madera – Parte 1: Determinación de humedad. Madera – Parte 2: Determinación de la densidad. Paneles a base de madera – Tableros – Vocabulario. Madera preservada – Pino radiata – Clasificación según uso y riesgo en servicio y muestreo. Elementos de construcción – Paneles – Ensayo de compresión.

Epesor terminado: espesor después del cepillado

por varias piezas unidas por sus cabezas y cantos, extendiéndose a todo el ancho y longitud del elemento NOTA – Este término ha sido modificado de la norma NCh2151.Of89

215


Laminación: proceso de unir las láminas con adhesivo y que incluye la preparación de las láminas,


lt =

preparación y esparcido del adhesivo, ensamblado de las láminas en paquetes, aplicación de presión y maduración.

Madera contralaminada; CLT: panel de madera conformado por al menos 3 capas dispuestas ortogonalmente entre capas adyacentes

Porcentaje de falla: porcentaje de la zona de falla de la madera en relación con el total del área

=

Los símbolos utilizados en esta norma tienen los siguientes significados:

216

=

Distancia entre la punta de dos dientes en una unión finger joint, Factor de reducción de una unión finger joint de acuerdo a su geometría,

Ángulo de los dientes; Espesor de la punta de los dientes de una unión finger joint; Relación entre lt y lj.

Requisitos

Simbología

=

Resistencia a la tracción de la unión endentada en MPa;

=

Resistencia a la tracción paralela a las fibras en las láminas en MPa;

=

Resistencia a la flexión de la unión en MPa;

fc,90,x,k

=

Resistencia a la compresión perpendicular a las fibras en un panel;

acor

=

Tamaño corregido, en mm;

aa

=

Tamaño actual, en mm;

=

Factor de deformación perpendicular a la fibra para cambios del contenido de humedad de un 1%, para elementos con un contenido de humedad entre un 6% y un 25%;

k

=

bt =

Unión endentada; finger joint: tipo de unión de extremos formado por el mecanizado de una serie de dedos similares y simétricos que se entrelazan entre sí.

=

Distancia entre la punta y el fondo de los dientes en una unión finger joint,

General El cumplimiento de los requisitos de esta norma se lograrán realizando los adecuados procedimientos de control de calidad en las distintas fases de producción, inspecciones y ensayos que realice el ente encargado de la certificación, para todo esto es necesario realizar las siguientes tareas: a)

Control de todas las etapas de los procesos productivos;

b)

Inspección visual de los tableros terminados; y

c)

Ensayos físicos y mecánicos según anexo A.

Madera a usar Especie maderera La especie maderera a utilizar debe ser de Pino Radiata (pinus radiata D. DON.

kcor,90=0.0024

=

Factor de deformación para deformaciones perpendiculares al plano;

kcor,0=0.0002

=

Factor de deformación para deformaciones paralelas al plano;

CHb=12%

=

Contenido de humedad básico;

CHa

=

Contenido de humedad, medido en % de acuerdo a la NCh176/1;

Madera aserrada

=

Largo de diente;

La clasificación mecánica de la madera aserrada se realizará según la norma NCh2149, para la

NOTA – El uso de otras especies está sujeto a que el fabricante demuestre, mediante ensayos que la calidad del producto es mejor o igual que para los resultados obtenidos con esta norma.

217


determinación del módulo de elasticidad en flexión de cada tabla y la clasificación visual se realizará según la NCh2150.


b)

Adhesivos de poliuretano con métodos de curado de humedad;

c)

Adhesivos de isocianato de polímero en emulsión.

El espesor máximo para madera aserrada no deberá exceder los 50mm. El sentido longitudinal de las tablas debe ser paralelo al sentido de las fibras.

Contenido de humedad de las láminas El contenido de humedad de las láminas deberá cumplir los requisitos que se indican en la NCh2148.

Adhesivos

Adhesivo para uso interior Se recomienda usar este tipo de adhesivo para los casos en que el contenido de humedad de la madera en servicio no supera un 16% durante periodos prolongados y donde no esté expuesta a estas condiciones de forma repetitiva, se permite el uso de adhesivos que cumplan con la ASTM D 3024. No debe ser usado este tipo de adhesivo cuando el contenido de humedad de la madera excede un 16% y cuando los paneles de CLT o sus partes son tratados químicamente después del encolado.

General Para la elección del tipo de adhesivo se debe considerar lo siguiente: a)

No deben usarse adhesivos compuestos exclusivamente de urea o formaldehido en la fabricación de paneles de madera contralaminada, y para adhesivos que los contengan, pero que no sean solamente de estos componentes, se prohíbe su uso cuando la madera exceda un contenido de humedad del 16% y exista una temperatura mayor o igual a 50 °C;

b)

Se requiere que las partidas de adhesivos contengan la siguiente información:

Se puede utilizar estos tipos de adhesivos para cualquier condición de humedad, pero es requisito para paneles de madera contralaminada en que el contenido de humedad exceda un 16% durante periodos prolongados o repetitivos. Si se consulta algún tratamiento químico para la madera, ya sea antes o después del encolado, se deberán elegir adhesivos para uso exterior. Pueden ser usados para uso exterior los adhesivos que cumplan con ASTM D 2559.

1)

nombre del fabricante;

2)

nombre comercial;

Ensayo de adhesivos

3)

fecha de fabricación; y

Los adhesivos deberán ser ensayados según se especifica en el anexo A.

4)

Vida útil de almacenamiento.

c) Cuando se desconozca el tipo de uso que se le dará a los paneles, se deberán utilizar adhesivos para exteriores mientras no se indique algo distinto.

Uniones para las láminas General

Tipo de uso

El corte y los procesos de encolado para las uniones endentadas en la fabricación de madera contralaminada deberá garantizar uniones seguras y duraderas.

Los adhesivos a utilizar en madera contralaminada se clasificaran según tipo de uso, es decir:

Los requerimientos generales serán satisfechos si se cumple con los requisitos mínimos.

a)

Uso interior;

Resistencia de las uniones en las láminas

b)

Uso exterior.

La resistencia de las uniones endentadas se ensaya de acuerdo al anexo A y este deberá cumplir con al menos uno de los requisitos dados en las ecuaciones (1) y (2).

Se recomienda el uso de los siguientes tipos de adhesivos: a)

218

Adhesivo para uso exterior

Resinas fenólicas o acrílicos;

219


(1)

(2)


Resistencia a la flexión de las uniones La resistencia a la flexión (fm,j,k), en una lámina recta deberá ser mayor o igual a la resistencia a la declarada, y deberá ser verificado por ensayos de flexión según el anexo A. La resistencia de la unión será verificada con la carga aplicada en la dirección de uso para la cual se diseña.

Unión de capas y láminas

Requisitos de funcionamiento de la madera contralaminada

General Las uniones entre las capas deberán ser seguras y duraderas.

Resistencia mecánica de la madera contralaminada

Los requerimientos generales serán satisfechos si se cumple con los requisitos mínimos.

General

Integridad de las líneas de pegamento entre capas

La resistencia mecánica de los paneles de madera contralaminada se determinará a partir de ensayos a escala real o a partir de cálculos y propiedades de las capas siguiendo las especificaciones en el anexo B.

La integridad de las líneas de pegamento entre las capas deberá verificarse según el ensayo de delaminación señalado en el anexo A, y cumplir con los requisitos entregados en el punto 5.4 de la NCh2148.

Nota 1 – Para los paneles algunas propiedades pueden ser verificadas mediante cálculo y otras deben ser a partir de ensayos.

Cizalle a través del adhesivo

Nota 3 – Para cuando se utilicen tratamientos persevantes.

La resistencia al cizalle de las uniones entre capas deberá ser verificada según el anexo A, si estas líneas de cola son tomadas como líneas de carga.

Los valores de diseño para las láminas deberán ser calculados a partir de los valores de resistencia admisibles.

El resultado de cada ensayo deberá cumplir con los requisitos respecto a la resistencia al cizalle y el porcentaje de falla de madera indicados en la NCh2148, el cual indica que la resistencia de la línea debe ser mayor a 6,7 MPa y con un porcentaje de falla de madera mínimo de un 70 %.

Las propiedades de las capas serán las determinadas a partir de las láminas que la conforman.

Uniones endentadas largas General Las operaciones de corte y unión deberá garantizar uniones seguras y duraderas. Los requerimientos generales serán satisfechos si se cumple con los requisitos mínimos.

Nota 2 – El termino resistencia mecánica hace referencia al módulo de elasticidad, resistencia a la flexión, compresión, tracción, corte y resistencia de uniones.

La distribución de tensión y la rigidez efectiva de los paneles se calcularán a partir de las propiedades de rigidez de las láminas, tomando en cuenta el sistema estático y la configuración de las cargas El análisis de tensión se puede llevar a cabo por la teoría elástica lineal. Los valores de resistencia admisible a la flexión, tensión y compresión de los paneles de madera contralaminada que tengan un espesor inferior a 300 mm deberán ser reducidos en un 25% a menos que estos valores hayan sido determinados mediante ensayos. Los elementos que tengan un espesor menor o igual a 80 mm no serán usados para estos propósitos. Si la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra no ha sido determinada por ensayos, esta puede tomar el valor de fc,90,x,k = 3 MPa, para cualquier grado de madera.

220

221



Datos para cálculo

Paneles de madera

Los documentos comerciales o los dibujos de paneles de madera contralaminada deberán presentar la siguiente información:

Los paneles de madera deberán cumplir con la clasificación y requisitos dados en la NCh806. Of1971.

a) Los datos geométricos (por ejemplo, tamaños de las secciones transversales y capas); b) Propiedades de los componentes como: 1) Resistencia, rigidez, contenido de humedad, densidad y además;

Reacción al fuego

2) Resistencia a la flexión de las uniones endentadas para los paneles de madera contralaminada.

Características de resistencia al fuego La densidad básica mínima apropiada de las piezas de madera de Pino Radiata que formarán paneles contralaminados es de 400 kg/m3, calculada según la NCh176/2.

Método de ensayo Los valores característicos de los paneles deberán ser determinados.

La resistencia al fuego para los paneles de madera contralaminada dependerá de la resistencia al fuego que tengan sus componentes como la velocidad de combustión, también está dependerá del número de capas.

Durabilidad frente a ataques biológicos

Para determinar el comportamiento de los paneles frente al fuego se deberá estudiar según la NCh935/1.

General La resistencia a los ataques biológicos será la menor de las piezas que compongan el panel, es decir, si los paneles están formados por piezas de la misma calidad y con los mismos tratamientos o bien ninguna pieza tiene tratamiento, la resistencia a los ataques biológicos será la declarada en cualquiera de las piezas que forma el panel ya que son idénticas, en el caso de que las piezas que forman el panel tengan distintas propiedades o distintos tratamientos se asumirá como resistencia a los ataques biológicos el menor valor de las piezas que conforman el panel.

Capas sin tratamiento preservante Cuando la madera que se usa no tiene ningún tratamiento preservante se deberá tener especial cuidado en las características de las láminas que se usan para aprovechar de la mejor manera la durabilidad natural de las piezas, para esto de deberá usar madera seca y reconocer el tipo de uso para el producto finalizado.

Capas con tratamiento preservante La aplicación de preservantes se realizará según lo indicado en la NCh819. Se deberá mencionar cuando corresponda como afecta el tratamiento aplicado a la resistencia mecánica y la resistencia al fuego de la madera.

222

223



Estabilidad dimensional

Nota – Los paneles terminados tendrán una corrección de sus dimensiones producto del cepillado final.

Estabilidad dimensional La estabilidad dimensional está influenciada por el contenido de humedad produciendo una hinchazón o contracción de la madera tanto en el sentido paralelo como en el sentido perpendicular de las fibras.

Mínimos requisitos para la producción

Personal

Cambios de tamaño

Requisitos

Máximas desviaciones

El personal deberá mostrar habilidades y estar capacitado para cumplir con los controles de calidad.

La máxima variación de las longitudes de la superficie transversal del panel contralaminado será de ± 2 mm o un 2% del mayor entre el ancho y el espesor. Para las capas la variación no podrá ser superior a ± 1 mm.

General Las instalaciones para producir y almacenar deberán ser los adecuados teniendo en cuenta los requisitos de esta norma.

Tamaño corregido y medición del factor de deformación Si el contenido de humedad difiere del contenido de humedad de referencia, se deberá corregir el tamaño a partir de lo siguiente:

(3)

Donde: acor

Tamaño corregido, en mm;

aa Tamaño actual, en mm;

224

Instalaciones para producir y almacenar

Instalaciones para secado y almacenamiento de la madera Las instalaciones para secado deben ser de capacidad suficiente y deben estar disponibles para cuando se deba llevar a cabo el secado. Las zonas de almacenamiento deberán ser de capacidad suficiente, permitir la circulación de aire y estar acondicionadas para mantener el contenido de humedad de las piezas. Las zonas de almacenamiento deberán ser de capacidad suficiente y lograr la temperatura requerida para la madera y los paneles contralaminados.

k

Es el factor de deformación perpendicular a la fibra para cambios del contenido de humedad de un 1%, para elementos con un contenido de humedad entre un 6% y un 25%;

kcor,90=0.0024

Para deformaciones perpendiculares al plano;

Instalaciones para preparación y almacenamiento de adhesivos

kcor,0=0.0002

Para deformaciones en el plano;

CHb=12%

Este es el contenido de humedad de referencia;

CHa

Es el actual contenido de humedad, medido en % de acuerdo a la NCh176/1.

A menos que la resina y el endurecedor se mezclen mediante un proceso mecanizado donde se extraen estos dos componentes directos desde sus estanques deberá existir una zona para llevar a cabo la preparación del adhesivo (mezcla de resina y endurecedor), deberá también existir una zona adecuada para el almacenamiento de la resina y el endurecedor y una zona para la limpieza para las herramientas de trabajo.

225



Instalaciones para producción y curado

El factor de reducción v deberá ser menor que 0.18 y el largo de los dientes mayor a 1 cm.

La temperatura del aire y la humedad relativa en las instalaciones para la producción y curado deberán asegurar que los requerimientos de temperatura para las líneas de pegamento sean fiables y que no existan cambios inadmisibles en el contenido de humedad y estas condiciones se deben mantener hasta que los paneles de madera contralaminada han sido completamente curados.

Nota 1 - las características utilizadas en las anteriores ecuaciones se pueden ver claramente en la figura 1.

La temperatura del aire en la zona de producción deberá ser de al menos 15 °C. Deberán siempre respetarse las instrucciones del proveedor del adhesivo. Durante el curado de las líneas bajo presión y después, para el curado la temperatura del aire debe ser superior a 18 °C. Si se utilizan herramientas por ejemplo de radiofrecuencia la temperatura deberá ser al menos de 15 °C. Durante la producción de los paneles la humedad relativa en un proceso común deberá estar entre 40% y 75%. Durante el curado la humedad relativa deberá ser de al menos un 30%.

Nota 2 – Se recomiendan las siguientes características para las uniones en la tabla 2.

Tabla 7.1. Perfiles recomendados lj mm

p mm

bt mm

15

3,8

0,42

0,11

20

5,0

0,5

0,10

20

6,2

1,0

0,16

Equipamiento General Los equipos deberán ser los adecuados para todas las fases de producción teniendo en consideración los requisitos que se mencionan en esta norma.

Los nudos con un diámetro menor a 6 mm podrán ser ignorados. En la parte de la unión endentada no se permitirá ningún tipo de defecto (nudos de cualquier tamaño, desviación de la fibra, etc.).

Uniones endentadas Daños de las uniones No se permitirán daños de ningún tipo en las uniones endentadas.

Geometría de las uniones endentadas La geometría de las uniones deberá permitir que se produzca una fuerte resistencia (producto de la trabazón de los dientes) al unir dos piezas bajo una presión y sin pegamento. La geometría de las uniones deberá cumplir con las siguientes ecuaciones:

(4) (5)

226

Nudos y desviación de las fibras

Para que un nudo sea permitido en la pieza de madera, este se deberá encontrar a una distancia de al menos 3 veces el tamaño del nudo, otros casos posibles deberán ser estudiados y justificados individualmente con la información necesaria para la aprobación. Para cuando se remueve un nudo, el corte transversal deberá ser paralelo al eje de las uniones, la distancia entre el corte y el borde del nudo deberá ser de al menos 1,5 d.

Contenido de humedad de las uniones El contenido de humedad que deberán tener las piezas para formar el panel contralaminado deberá ser de entre un 6% y un 15% para maderas sin tratamientos preservantes y entre un 11% y un 18% para maderas tratadas, además todas las piezas que formen un panel de madera contralaminada deberán tener un contenido de humedad dentro de un rango de manera que entre ellas no tengan diferencias mayores a un 5% en su contenido de humedad.

227



Superficie de unión y aplicación del adhesivo

Curado

Para realizar la unión es necesario que las superficies de la unión se encuentren limpias.

La temperatura en la línea de cola durante el curado no deberá ser menor a 18 °C.

El adhesivo deberá ser preparado y utilizado según las indicaciones del proveedor.

Las láminas podrán ser procesadas después del curado si se asegura que este no se verá afectado.

Se deberá asegurar que todas las partes de la unión estén cubiertas con adhesivo. La aplicación del adhesivo deberá ser verificada.

Capas

Si el adhesivo se aplica manualmente, este se podrá aplicar a una sola de las caras de unión y para verificar que toda la superficie quede cubierta del adhesivo se debe verificar que al aplicar la presión a la unión endentada se expulse este por los cuatro bordes de la unión.

General

Si el adhesivo se aplica con peine o rodillo este se debe aplicar en las dos caras de la unión y debe abarcar al menos ¾ partes de la longitud de los dientes, en este caso en que el adhesivo se aplica con peine o rodillo se deberá tener un dispositivo que permita el control y tener registros de la relación efectiva de resina y endurecedor. El dispositivo de aplicación deberá verificar que la aplicación de la resina y el endurecedor se ha realizado de manera uniforme en al menos un 75% de la longitud de los dedos.

La suma de los espesores de las capas que forman el panel podrán tener hasta un 50% el total de la altura de este, el espesor máximo de los paneles será de 500 mm.

Tiempo entre corte y unión El corte de los dientes se realizará con el mismo set de cortadores. El corte de los dientes se realizará con un máximo de 24 horas, este tiempo se podrá extender hasta 72 horas si la deformación de los dientes producida por la humedad se previene por un método adecuado.

Cada panel deberá componerse de al menos tres capas.

Las capas que compongan un panel de madera contralaminada ya sean en base a láminas unidas según los procedimientos que se detallan en esta norma o paneles sólidos de madera deberán estar dispuestos de forma ortogonal entre capas sólidas de madera, permitiendo que las capas exteriores sean paralelas entre sí ver, a menos que se cumplan las siguientes condiciones: Entre los paneles hechos de al menos 5 capas adyacentes de un espesor total máximo de 90 mm y compuestos de láminas o paneles solidos de madera pueden ser pegados paralelos al sentido de las fibras en una dirección de los ejes principales del panel. El espesor de los surcos entre láminas internas debe ser menor que 6mm. Con el fin de reducir grietas y rajaduras las láminas podrán tener ranuras, el espesor de estas ranuras podrá ser del 90 % del espesor de las láminas y con un espesor máximo de 4mm. El espesor final (tl) de cualquier lámina deberá ser mayor a 12mm y menor a 45mm. Para cualquier lámina el ancho terminado deberá ser menor o igual a 300mm, los surcos entre las láminas de una capa deberán tener un espesor máximo de 6mm y deberán estar distanciados entre ellos por lo menos a 40mm unos de otros.

Presión El espacio “e” véase figura 1 deberá cumplir con la siguiente relación:

La relación entre el ancho y el espesor de las láminas deberá ser inferior a 4 a menos que se demuestre mediante ensayos que otros tamaños tienen un rendimiento igual o mejor que con esta norma, los surcos se consideran bordes libres.

después de aplicada la presión.

La presión aplicada debe ser la señalada por el fabricante del adhesivo, en caso de que este no lo señale la presión no deberá ser menor y esta debe ser aplicada al máximo posible por un tiempo mínimo de 1 segundo.

228

229



Unión de láminas y capas

b) Capas en base a tablas o paneles;

General

c) Adhesivo;

El adhesivo deberá aplicarse sobre superficies limpias.

d) Tipo de tratamiento. Nota – La presión deberá ser de 0,7 MPa.

Contenido de humedad de la unión Los requisitos para el contenido de humedad y para la unión de las capas son los mismos.

Curado

Superficie de unión y aplicación del adhesivo

La temperatura durante la aplicación de la presión y durante el curado deberá ser de 18 °C, los productos de madera contralaminada se deberán mover evitando deformaciones o vibraciones que puedan afectar a las piezas.

Todas las superficies deben ser las adecuadas para la unión, la razón de la mezcla entre resina y endurecedor serán las indicadas por el fabricante, el adhesivo se aplicará según el esparcido especificada por el fabricante.

Uniones endentadas largas

Ejemplo 1 – si se quiere pegar una plancha de OSB esta deberá ser lijada y cepillada antes de colocar el pegamento con el fin de tener una superficie idónea para la unión.

General

Nota 1 – El cepillado se debe realizar en no más de 24 horas antes de la unión.

Esta sub-clausula hace referencia a aquellas uniones endentadas que tengan una longitud de sus dientes ( lj ) mayores a 45 mm.

Nota 2 – La esparcido del adhesivo se debe expresar en g/m2.

Solo se podrán producir en la fábrica de paneles contralaminados.

Espesor de la línea de pegamento

Contenido de humedad

Para adhesivos de mezclas fenólicas y aminoplásticas deberá tener el máximo espesor que especifica el fabricante no excediendo 0,6mm, para la aplicación separada de la resina y el endurecedor este máximo espesor será de 0,3mm.

El contenido de humedad de las uniones endentadas largas no podrá ser mayor a un 15%, y la diferencia entre las que forman parte de una misma unión será de un máximo de 2%.

Para el curado con humedad de los adhesivos de poliuretano y emulsión de polímero isocianato el límite para el espesor de la línea de pegamento será de 0,3mm. El grosor de la línea de pegamento se verificará con una lupa con la cual la medición tenga un 90% de precisión.

Geometría de las uniones Se deberán cumplir las indicaciones dadas en 6.4.2 y p ≥ 5 bt. ver Figura 1. Ejemplo – Estas son las dimensiones de una unión endentada típica: llfj = 50 mm

Presión

p = 12 mm

La presión para la unión de las capas que conforman el panel se determinará considerando las propiedades de los materiales, es decir:

bt = 2 mm

a) Espesores de las capas;

230

6.7.4 Corte de las secciones endentadas

231



El corte de los dientes se realizará con el mismo set de cortadores. El corte de los dientes se realizará con un máximo de 24 horas, este tiempo se podrá extender hasta 72 horas si la deformación de los dientes producida por la humedad se previene por un método adecuado. El porcentaje máximo de dientes dañados será de un 5%.

Evaluación de la conformidad Evaluación de la conformidad General El cumplimiento de los requisitos de esta norma y sus valores se verificarán a partir de las siguientes tareas:

Superficie de unión y aplicación del adhesivo Para realizar la unión es necesario que las superficies de la unión se encuentren limpias. El adhesivo deberá ser preparado y utilizado según las indicaciones del proveedor. No se permite la aplicación separada del pegamento y el endurecedor. El adhesivo deberá aplicarse de la misma manera y en las cantidades requeridas para todo el largo de los dientes de ambas piezas a unir logrando que al aplicar la presión se expulse pegamento por los 4 bordes de la unión.

a) Ensayos iniciales; b) Control de los procesos productivos incluyendo la evaluación del producto. c) Ensayos finales; d) Ensayos por parte de la entidad de certificación.

Control de los factores de producción Control de los factores de producción (CFP)

Presión

General

Vease en la página 230 “Presión”.

El fabricante de madera contralaminada debe establecer procesos y documentos para el control de la producción de CLT y así asegurar la calidad de los paneles.

Espesor de la línea de cola

El sistema de CFP se compondrá de procedimientos, inspecciones regulares, pruebas o evaluaciones, control de materias primas mediante ensayos preliminares, inspección de equipos e inspección de del proceso de producción. Todos los requisitos y métodos adoptados por el fabricante deberán ser documentados. Esta documentación facilitará la aceptación o conformidad de los productos y asimismo garantizar la calidad de estos.

El espesor de la línea de cola entre las capas para cuando el adhesivo tiene componentes fenólicos y aminoplasticos deberá ser el que especifique el fabricante con un máximo de 0,5mm. El espesor de la línea de pegamento para adhesivos con poliuretano será menor o igual a 0,3mm. Para tomar estas mediciones se deberá utilizar una lupa que permita una seguridad de la medida de un 90%. El valor de e = lt / llfj estará entre 0,02 y 0,10.

Curado El curado se llevará de acuerdo a lo que aparece en “Curado”, página 231.

Para facilitar el proceso de evaluación de la conformidad el personal y la disposición de este, se deberá gestionar la responsabilidad, autoridad, relación entre el personal encargado de la calidad, encargado de realizar las tareas y encargado de verificar la conformidad del producto, para esto el personal deberá ser el idóneo considerando sus aptitudes en base a su formación académica, habilidades y experiencia, las tareas a delegar serán: a) Identificar los procesos para garantizar la conformidad; b) Identificar y dejar registro de cualquier caso de no conformidad; c) Capacidad de resolver los casos de no conformidad.

232

233


Nota – Las tareas a delegar que se mencionan son una referencia, se podrán incluir más en caso de ser necesario, pero estas son las mínimas a realizar. Para tener un sistema eficiente de CFP se deberá alcanzar un nivel alto de confiabilidad en la conformidad y para esto el fabricante tendrá que mantener actualizado este sistema y además elaborar y mantener actualizada la documentación del control de la producción, esto conlleva_


Datos de marcado La información necesaria de incluir en los paneles es la siguiente: a) El número de esta norma;

a) Preparación de procedimientos y las instrucciones para llevar el control de la producción en fábrica;

b) Identificar al fabricante mediante un logo o su nombre;

b) Real aplicación de los procedimientos;

c) Geometría del panel, propiedades de los componentes, resultados de los ensayos de resistencia a flexión, compresión, carga horizontal y resistencia al fuego según la NCh 935/1;

c) Registro de estas operaciones y resultados;

d) Semana y año de producción;

d) En caso de alguna no conformidad revisar el CFP para dar una buena solución en estos casos cuando sea posible.

e) Tipo de adhesivo;

En caso de existir subcontratación, la responsabilidad para las tareas asignadas y la realización del CFP será tarea del subcontrato.

f) En caso de existir, indicar tipo de tratamiento preservante.

Equipamiento Pruebas Los equipos de medición y los utilizados en el proceso de fabricación deberán ser calibrados e inspeccionados frecuentemente en organismos certificados para esto.

Materias primas y componentes Las características de las materias primas y componentes deberán estar especificadas en todos los materiales además de estar documentado. Figura 7.1. Unión endentada o finger joint.

Marcado y etiquetado General

.

Cada panel de madera contralaminada deberá tener en su superficie claramente marcada sus características, esto puede ser una etiqueta o propiamente tal una marca o anotación directa sobre su superficie.

234

235



d = diámetro de nudo.

Figura 7.2. Mínima distancia entre el nudo y la zona de unión

1- Capas; 2- Línea de unión entre capas; 3- Laminas; 4- Separación entre láminas; y 5- Ranuras en láminas.

Figura 7.4. Geometría de las ranuras permisibles.

1 Presión

2 Longitud de diente de la unión finger joint.

Figura 7.3. Valores recomendados de presión para uniones de borde.

236

237



Dimensiones en mm. 1- Espesor de láminas de madera

12 ≤ tl ≤ 45

2- Ancho de láminas de madera

40 ≤ bl ≤ 300

3- Lámina 4- Surcos entre láminas

Dimensiones en mm. 1- Espesor de láminas de madera

12 ≤ tl ≤ 45


40 ≤ bl ≤ 300


Figura 7.5. Ejemplo de panel de madera contralaminada de 3 capas.

238

Figura 7.6. Ejemplo de panel de madera contralaminada con capas exteriores unidas paralelas a las fibras.

239



Anexo A (normativo)

Determinación de las propiedades de los componentes de los paneles (ensayos preliminares)

A.1 General Los criterios y requisitos para la evaluación de los ensayos que se mencionan en A.2, A.3, A.4, A.5 y A.6 se encuentran en la NCh2148, anexo A, A.5. A.2 Emisión de formaldehido A.2.1 Alcance La emisión de formaldehido está regulada por ciertos parámetros ya que estas sustancias son perjudiciales para la salud, sin embargo se pueden utilizar en bajas concentraciones para la fabricación de adhesivos para elementos estructurales de madera, como por ejemplo los paneles de madera contralaminada. Para el uso de este tipo de adhesivos se deberá cumplir con A.2 y A.3. Dimensiones en mm. 1- Espesor de láminas de madera

12 ≤ tl ≤ 45


40 ≤ bl ≤ 300


Figura 7.7. Ejemplo de panel de madera contralaminada con capas exteriores de paneles macizos de madera.

La responsabilidad por la emisión de este compuesto será del fabricante. A.2.1 Ensayo. Este ensayo se llevará a cabo según la NCh2059. A.3 Delaminación A.3.1 Alcance Este ensayo se llevará a cabo para determinar la calidad del adhesivo con respecto al paso del tiempo, se utilizará una autoclave en la cual se someterá una probeta de una pieza de madera contralaminada a una simulación de paso del tiempo a través de ciclos de cambios de presión, temperatura y humedad. A.3.2 Ensayo La descripción y forma de llevar a cabo este ensayo se encuentra en la NCh2148, anexo A, A.2. A.4 Cizalle a través del adhesivo

240

241



A.4.1 Alcance Este ensayo se realizara en una unión encolada a la cual se le aplicara un esfuerzo de corte en el plano de la línea de cola para así determinar el porcentaje de falla en la madera en el área cizallada y así la calidad del adhesivo.

Anexo B (normativo)

A.4.2 Ensayo

Clasificación estructural

La descripción y forma de llevar a cabo este ensayo se encuentra en la NCh2148, anexo A, A.1. A.5 Flexión para uniones de extremo A.5.1 Alcance A partir de este ensayo determinaremos la calidad y efectividad de las uniones de extremo. A.5.2 Ensayo Este ensayo se deberá realizar según se indica en la NCh2148, anexo A, A.3. A.6 Tracción para uniones de extremo

Estos ensayos se realizarán con el fin de realizar una clasificación de los paneles de madera contralaminada y para esto se clasificarán según se indica en la NCh806, la cual establece la clasificación para paneles prefabricados. B.2 Ensayo de compresión B.2.1 Alcance

A.6.1 Alcance

Este ensayo se realizará para determinar la resistencia a la compresión de los paneles contralaminados para así después proceder a su clasificación.

A partir de este ensayo se puede determinar la calidad de la unión de extremo a través de la rotura de la madera producto de la tensión aplicada y el porcentaje de falla de madera.

B.2.2 Ensayo

A.6.2 Ensayo La forma de llevar a cabo este ensayo es según se especifica en la NCh2148, anexo A, A.4. A.7 Clasificación mecánica y visual de madera aserrada de pino radiata A.7.1 Alcance Este ensayo se realizara como un ensayo preliminar, para así obtener una clasificación mecánica de las piezas de madera que formarán el panel contralaminado, así se logrará una óptima distribución de las piezas en las diferentes capas, lo que decantará en reducir las posibles fallas que pudieran provocar las piezas de menor calidad. Este ensayo no es destructivo así que se determinarán las características de cada pieza sin llevar a la rotura y cada pieza será identificada como parte de un panel y además clasificada según este ensayo. A.7.2 Ensayo Este ensayo se deberá realizar según se indica en la NCh2150.

242

B.1 General

Este ensayo se realiza según se indica en la NCh801. B.3 Ensayo de carga horizontal B.3.1 Alcance Este ensayo se realiza para determinar la resistencia al corte de una partida de paneles y así dar pie a su clasificación estructural según se indica en B.1. B.3.2 Ensayo El ensayo se deberá llevar a cabo según lo indicado en la NCh802. B.4 Ensayo de flexión B.4.1 Alcance El ensayo de flexión se realizara para aquellos paneles que serán destinados al uso como losa. B.4.2 Ensayo El ensayo se hará de acuerdo a la NCh803.

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Comentarios y Conclusiones Se exponen comentarios relevantes y las conclusiones más importantes que se derivan del estudio realizado, cuyo objetivo principal es introducir en el país un sistema constructivo de edificios de mediana altura en madera contralaminada (CLT), utilizando madera de pino radiata, de la cual Chile es productor a nivel mundial. El estudio ha contemplado, principalmente, los aspectos técnicos de ingeniería de dicho sistema constructivo.

El estudio del estado del arte, contenido en la sección 2 de este informe, ha permitido orientar la ejecución del proyecto en todos sus aspectos, tales como, la geometría de los paneles de CLT que conforman el proyecto de edificio prototipo de 4 pisos, los elementos que se emplearon en la fabricación de los paneles de CLT, el diseño de los ensayos para determinar las propiedades mecánicas de los paneles, los tipos de conectores utilizados en los ensayos, entre otros aspectos relevantes del sistema constructivo.

La experiencia obtenida en el proceso de fabricación de los paneles que fueron sometidos a ensayo, así como los antecedentes obtenidos en el estudio del estado del arte, sirvieron de base para elaborar el manual de fabricación, incluido en la sección 4, manual que incluye la preparación de los elementos que conforman el panel de CLT, el ensamble en seco, y también los procesos de encolado y prensado.

Los resultados de los ensayos efectuados para la determinación de propiedades mecánicas del panel, que se entregan en la sección 5, permiten concluir que el sistema constructivo estudiado es de alta rigidez y gran capacidad para resistir solicitaciones horizontales y verticales, hecho que permite ratificar su característica sismorresistente ya informada en estudios realizados en el extranjero empleando otras especies forestales.

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La experiencia que se obtuvo en el proceso de fabricación de los paneles, así como aquella obtenida en la realización de los ensayos, y también los resultados obtenidos en dichos ensayos, permitieron elaborar el anteproyecto de Norma de fabricación de paneles de madera contralaminada que se ha incluido en el Anexo A.

Por su parte, el estudio sobre el comportamiento de uniones y conectores en madera contralaminada, que se encuentra en la sección 6, y los antecedentes recopilados en el estudio del estado del arte, fueron de utilidad para definir el tipo y cantidad de conectores que se emplearon en los ensayos de carga horizontal, y también en la definición de los conectores que se emplearon en el proyecto de estructuras del edificio prototipo, cuyo diseño conceptual y planimetría arquitectónica se han presentado en la sección 3.


la Norma NCh 433, tal que se satisfagan las limitaciones a los desplazamientos máximos admisibles de esa norma, valor que proporciona un diseño conservador considerando comportamiento prácticamente elástico de la estructura.

Finalmente, como conclusión general del estudio, es posible indicar que es altamente conveniente continuar con los estudios que permitan emplear el sistema constructivo en CLT en Chile, en atención a su gran capacidad resistente y amplias ventajas arquitectónicas y constructivas.

De los estudios realizados para elaborar el proyecto del edificio prototipo mencionado, se concluye que el sistema constructivo en CLT es un sistema de rápida ejecución, que requiere una cantidad reducida de personal ya que se emplean elementos prefabricados, y que se necesitan bajos o nulos volúmenes de elementos aislantes térmicos y/o acústicos, dado que se utiliza la madera como material principal de construcción. De esta manera, con el empleo de este sistema constructivo es más simple satisfacer los requerimientos de la normativa chilena relativa a la habitabilidad de la vivienda; situación que también ocurre con los aspectos referidos a la resistencia al fuego del CLT, en atención a que la base del sistema constructivo lo constituyen paneles sólidos de madera contralaminada, de espesores superiores a 8 o 10 cm, puesto que se debe emplear una cantidad mínima de 3 capas de tablas de madera para conformar cada panel.

En virtud de los antecedentes analizados, y los resultados de los ensayos realizados en el presente estudio, se ha propuesto un valor de 2,0 para el factor de modificación de la respuesta sísmica del edificio (R= 2,0) para ser usado en la aplicación de

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O O

Ingeniería en

Obras Civiles

MADERAS

Laboratorio de Investigación de Materiales U. de Santiago de Chile

CLTChile

Sistema Constructivo en Madera Contralaminada Para Edificios

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