LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL 1. La ma mader era a a. b. c. d. e.
Intro ntrodducción ión Característic Características as de la madera madera Propie Propiedad dades es físicas físicas de la madera madera Venta Ve ntajas jas y desve desventa ntajas jas de cons construi truirr con mader maderaa Elementos Elementos estructu estructurales rales de de madera madera y de produc productos tos derivado derivadoss de la la madera: Madera aserrada Tableros estructurales Madera laminada encolada Cerchas de madera PSL, tiras de madera laminadas y encoladas LVL, chapas de madera laminadas y encoladas Vigas prefabricadas de madera f. La Madera Madera como como Elemento Elemento Constru Constructivo ctivo en Estructuras Estructuras Singulares Singulares • • • • • • •
2. La madera en los siglos XVIII, XIX y XX a. Ante ntecede cedent ntees: La edad de la madera La madera en los siglos XVII y XIX. • •
3. La mad madera era en en el sig siglo lo XXI XXI a. Intro ntrodducción ión b. Ejemplos Ejemplos de uso estructu estructural ral de madera madera en nuestr nuestroo medio medio
NOMBRES NOMBRES ALUM ALUMNAS: NAS: - Yo Yola land ndaa Araú Araújo jo Fern Fernáánde ndez. - María Piñeir ñeiroo Costa - Tania Ro Rodrí uez Ma Martínez.
1. La madera a)
Introducción:
La madera es un material natural, de poco peso y buena resistencia, pero de propiedades mecánicas muy variables. Aunque es combustible, sus propiedades mecánicas no se afectan con el fuego, como sí ocurre con los materiales metálicos como el acero y el aluminio. Es muy susceptible a los cambios de humedad y al ataque de insectos; sin embargo esta desventaja puede eliminarse con tratamientos químicos adecuados mediante el proceso de inmunización. Aunque la madera ha sido un material muy abundante en nuestro país, su uso se ha dedicado principalmente a la carpintería para muebles o acabados arquitectónicos, a la exportación, y como combustible en las regiones rurales y semi-urbanas. La madera como material estructural se usa poco e inadecuadamente en muchas de las regiones del país. No hay en el país una cultura ingenieril bien difundida para el uso de la madera como material estructural con buen conocimiento de los métodos y elementos de unión de los elementos. Existen algunos pocos diseñadores y constructores en el país que sí aprovechan eficientemente las propiedades estructurales de nuestras maderas y algunos arquitectos que las usan ampliamente. Tal vez debido a la popularización del acero en las estructuras de techos, se abandonó la práctica constructiva con madera. Aún existen ejemplos importantes de cubiertas soportadas por grandes arcos y cerchas de madera en nuestras ciudades. Edificaciones como la antigua estación terminal del cable Manizales-Mariquita en Manizales, donde hoy funciona la carrera de Arquitectura de la Universidad Nacional, construida en una época en que la tecnología de protección y manejo de la madera era precaria, son un ejemplo del uso y aprovechamiento de la madera como material estructural, para las actuales y futuras generaciones de ingenieros y arquitectos. El TÍTULO G de la Norma sismorresistente colombiana, incorpora las recomendaciones del Manual del Acuerdo de Cartagena, en cuanto a los grupos de clasificación de la madera estructural, esfuerzos permisibles y otros detalles para el diseño, que incluimos a continuación. CLASIFICACIÓN DE LAS MADERAS ESTRUCTURALES: La clasificación de las maderas estructurales de acuerdo a la NSR-98 se hace en función de la densidad básica (Db). El grupo A corresponde a las maderas de mayor resistencia, con densidades en el rango de 710 a 900 kg/m3. El grupo B corresponde al intermedio, con densidades entre 560 y 700 kg/m3. El grupo C es el de menor resistencia, con densidades entre 400 y 550 kg/m3. •
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Teniendo en cuenta que el peso de la madera varia con el contenido de humedad, se define la densidad básica (Db) como la relación entre la masa seca (anhidra) y el volumen húmedo de la muestra. Las especies de un mismo grupo se supone que reúnen individualmente las características del grupo, pero no siempre tienen características similares de trabajabilidad y durabilidad naturales. Puede decirse que para especies con densidades superiores a 800 kg/m3 la madera no requiere tratamientos preservadores. UNIONES: La estabilidad de las estructuras de madera depende fundamentalmente de la capacidad de las uniones. Similar a lo que sucede con las estructuras metálicas, la predicción del comportamiento de ellas es muy compleja por lo que los diseños se basan en normas obtenidas a partir de ensayos experimentales. Las uniones más usadas en nuestro medio son con puntillas y pernos; ejemplos y métodos de cálculo pueden verse en el Manual de diseño de maderas del Pacto andino, antes mencionado.
b)
Características de la madera:
La madera tiene características muy convenientes para su uso como material estructural y como tal se ha empleado desde los inicios de la civilización. Al contrario de la mayoría de los materiales estructurales, tiene resistencia a tensión superior a la de compresión, aunque esta última es también aceptablemente elevada. Su buena resistencia, su ligereza y su carácter de material natural renovable constituyen las principales cualidades de la madera para su empleo estructural. Su comportamiento es relativamente frágil en tensión y aceptablemente dúctil en compresión, en que la falla se debe al pandeo progresivo de las fibras que proporcionan la resistencia. El material es fuertemente anisotrópico, ya que su resistencia en notablemente mayor en la dirección de las fibras que en las ortogonales de ésta. Sus inconvenientes principales son la poca durabilidad en ambientes agresivos, que puede ser subsanada con un tratamiento apropiado, y la susceptibilidad al fuego, que puede reducirse sólo parcialmente con tratamientos retardantes y más efectivamente protegiéndola con recubrimientos incombustibles. Las dimensiones y formas geométricas disponibles son limitadas por el tamaño de los troncos; esto se supera en la madera laminada pegada en que piezas de madera de pequeño espesor se unen con pegamentos de alta adhesión para obtener formas estructuralmente eficientes y lograr estructuras en ocasiones muy atrevidas y de gran belleza. El problema de la anisotropía se reduce en la madera contrachapeada en el que se forman placas de distinto espesor pegando hojas delgadas con las fibras orientadas en direcciones alternadas en cada chapa. La unión entre los elementos de madera es un aspecto que requiere especial atención y para el cual existen muy diferentes procedimientos. Las propiedades estructurales de la madera son muy variables según la especie y según los defectos que puede presentar una pieza dada; para su uso estructural se requiere una clasificación que permita identificar piezas con las
propiedades mecánicas deseadas. En algunos países el uso estructural de la madera es muy difundido y se cuenta con una clasificación estructural confiable; en otros su empleo con estos fines es prácticamente inexistente y es difícil encontrar madera clasificada para fines estructurales. De los materiales comúnmente usados para fines estructurales, el acero es el que tiene mejores propiedades de resistencia, rigidez y ductilidad. Su eficiencia estructural es además alta; debido a que puede fabricarse en secciones con la forma más adecuada para resistir flexión, compresión u otro tipo de solicitación. Las resistencias en compresión y tensión son prácticamente idénticas y pueden hacerse variar dentro de un intervalo bastante amplio modificando la composición química o mediante trabajo en frío. Hay que tomar en cuenta que a medida que se incrementa la resistencia del acero se reduce su ductilidad y que al aumentar la resistencia no varía el módulo de elasticidad, por lo que se vuelven más críticos los problemas de pandeo local de las secciones y global de los elementos. Por ello, en las estructuras normales la resistencia de los aceros no excede de 2500 kg/cm2, mientras que para refuerzo de concreto, donde no existen problemas de pandeo, se emplean con frecuencia aceros de 6000 kg/cm2 y para preesfuerzo hasta de 20,000 kg/cm2. La continuidad entre los distintos componentes de la estructura no es tan fácil de lograr como en el concreto reforzado, y el diseño de juntas, soldadas o atornilladas en la actualidad, requiere de especial cuidado para que sean capaces de transmitir las solicitaciones que implica su funcionamiento estructural.
c)
Propiedades de la madera
Las propiedades principales de la madera son resistencia, dureza, rigidez y densidad. Ésta última suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La resistencia engloba varias propiedades diferentes; una madera muy resistente en un aspecto no tiene por qué serlo en otros. Además la resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; por eso las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan así. La madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos superior, con relación a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a la tracción y moderada resistencia a la cizalladura. d)
Ventajas y desventajas de construir con madera -Ventajas
Facilidad de trabajarse y Belleza Adaptabilidad Uniones eficientes La madera se puede ensamblar y pegar con adhesivos apropiados, unir con clavos, tornillos, pernos y conectores especiales. • • •
Buen aislante eléctrico, térmico y acústico Como la madera es un material compuesto de fibras huecas, alineadas axialmente a la longitud del árbol, estos huecos o espacios contienen aire atrapado que le imparten excelente cualidades como aislante del sonido y del calor Alta resistencia Bajo costo •
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-Desventajas
Mantenimiento Poca resistencia al sol No es un elemento constructivo muy resistente para grandes alturas Poca resistencia a la humedad Pueden ser atacado por insectos.(colillas, termitas, moho, hongos) • • •
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Elementos estructurales de madera y de productos e) derivados de la madera Frecuentemente se utiliza la madera y/o sus productos derivados en la construcción en funciones estructurales, tanto en edificios comerciales como en viviendas unifamiliares. Con su utilización se consigue una gran economía y a la vez se cumplen todos los requisitos de seguridad relativos a la construcción. Estos elementos estructurales, utilizados solos o combinados con otros recubrimientos de madera o de productos derivados de la madera, cumplen las normas y los códigos de construcción relativas a su durabilidad, resistencia al fuego y el resto de las características exigidas en la edificación. Aunque la madera aserrada continúa siendo la principal materia prima utilizada en la construcción en madera, actualmente se encuentran disponibles en el mercado otros muchos productos derivados de la madera. Estos nuevos productos mejoran, en muchos casos, el comportamiento estructural y la apariencia de la madera aserrada. Aunque la madera aserrada continúa siendo la principal materia prima utilizada en la construcción en madera, actualmente se encuentran disponibles en el mercado otros muchos productos derivados de la madera. Estos nuevos productos mejoran, en muchos casos, el comportamiento estructural y la apariencia de la madera aserrada. La elección del material o del elemento dependerá de muchos factores como son el precio, su disponibilidad y su capacidad resistente.
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Procesos productivos, dimensiones comerciales, controles de calidad y aplicaciones de los siguientes productos o elementos estructurales: 1. Madera aserrada
La madera aserrada es una pieza de madera maciza obtenida por el aserrado o por el corte con cuchillas de una
troza de madera en rollo siguiendo la dirección longitudinal de la misma, aunque posteriormente puede sufrir otras transformaciones. Cuando tiene dimensiones pequeñas se denomina “dimensión lumber “y cuando tiene grandes dimensiones “ timber“. La madera aserrada en Canadá se elabora de acuerdo con la “National Lumber Grades Authority Standard Grading Rules for Canadian Lumber “. En esta norma se especifican: 1.2. EL ACABADO SUPERFICIAL Se definen tres niveles de acabado superficial: - madera basta (Rough Lumber ) : madera que ha sido aserrada, canteada y retestada. - madera cepillada ( Surfaced Lumber ) : madera que ha sido cepillada por una cara ( S1S ), por dos caras ( S2S ) o por las cuatro caras ( S4S ), o por las caras y los cantos. - madera mecanizada ( Worked Lumber ) : madera cepillada a la que se le ha dado una forma determinada mediante una fresadora, moldurera,... 1.3. APLICACIONES Y CLASIFICACIÓN Las dos clases de madera aserrada que se utilizan como elementos de carga o soportantes son : dimensión lumber y timber. 1.3.1. DIMENSION LUMBER En combinación con recubrimientos, revestimientos o entarimados se utilizan principalmente como forjados o entramados (framing), formando techos, suelos, tabiques divisorios, diafragmas y muros de carga. También se pueden utilizar individualmente como material de forjados o se puede utilizar para elaborar otros productos estructurales de madera como son las cerchas o las viguetas prefabricadas. La clase especial “ lamstock “ se utiliza exclusivamente para la fabricación de madera laminada encolada. Dentro de esta clase existen las categorías: - structural light framing - structural joist and planks - light framing - studs Cada pieza se inspecciona, se determina su categoría y se le pone el sello correspondiente. En el sello se indica: la categoría, el aserradero, el contenido de humedad, la especie o el grupo de especie a que pertenece y el nombre del organismo certificador. Sus dimensiones comerciales están tabuladas según su acabado superficial y su contenido de humedad.
1.3.2. TIMBER Dentro de esta clase existen las categorías : - Beams and Stringers = Vigas y Carreras, que corresponden a elementos sometidos a flexión. - Post and Timbers = Pilares y Madera maciza, que corresponden a elementos utilizados como pilares. Para ambas categorías se han establecido tres clases resistentes: - Select Structural - No.1 - No.2 y dos clases no resistentes : - Standard - Utility Para aplicaciones estructurales se suelen utilizar las clases No.1 y la No.2. La clase Select Structural se suele utilizar cuando se requiere conjuntamente una buena apariencia y una elevada resistencia. Este tipo de madera generalmente no lleva ninguna marca ya que normalmente su superficie está sin cepillar y van a estar vistas. Si se corta ha de volver a clasificarse, ya que la importancia del tamaño de los nudos varía según la longitud de la pieza. Las dimensiones comerciales más usuales, varían de 140x140 mm a 292x495 mm para la sección transversal y de 5 a 9 metros para la longitud. 2. Tableros estructurales:
Los tableros estructurales incluyen a los tableros contrachapados y a los tableros de virutas. Nos centraremos exclusivamente en los tableros de virutas, ya que los tableros contrachapados estructurales se diferencian de los tableros contrachapados normales, principalmente, en las especies utilizadas y en la clasificación de las chapas. El tablero de virutas es el formado por virutas de madera aglomeradas entre sí mediante un adhesivo y presión, a la temperatura adecuada. En el OSB ( Oriented Strand Board ) las virutas de las caras están orientadas en un 70% siguiendo sucesivamente la dirección longitudinal y transversalmente del tablero, por lo que las propiedades del tablero se incrementan en esa dirección y disminuyen en la dirección perpendicular. En el Waferboard las virutas no tienen ninguna orientación predeterminada, por lo que la resistencia a flexión es más o menos la misma en todo el tablero.
Las virutas utilizadas en el OSB tienen una longitud aproximada de 80 mm y un grueso inferior a 1mm. En el Waferboard tienen una longitud de 30 mm y un grueso de 1 mm. En su fabricación se suelen emplear especies de crecimiento rápido y de menor valor, con lo que se consigue un mejor aprovechamiento de los recursos forestales. En Canadá se utiliza el chopo y en Estados Unidos además se utiliza el southern yellow pine. 3. Madera laminada encolada:
Este producto ya se conoce y se utiliza en España y en Europa desde hace bastantes años, por lo que no se explica con más detalle. Además, la normativa europea sobre este producto está a punto de editarse. 4. Cerchas de madera:
Las cerchas ligeras de madera suponen una aplicación directa a la industrialización partiendo de la madera aserrada y clasificada. La mayoría de las cubiertas de las viviendas prefabricadas se construyen con este sistema. En Norteamérica existe gran cantidad de fabricantes de este producto que venden a otros fabricantes o constructores de viviendas. 5. PSL, tiras de madera laminadas y encoladas:
Este producto está compuesto por tiras de chapas de madera (strand) orientadas en la dirección longitudinal, encoladas y prensadas. El PSL es un producto desarrollado por la firma canadiense Macmillan Bloedel Ltd y está patentado con el nombre comercial de “ Parallam “. Es un producto que se caracteriza por tener unas elevadas resistencias mecánicas. Se suele fabricar con longitudes inferiores a 24 metros, debido principalmente a problemas de transporte. El contenido de humedad del producto final es del 11%, que corresponde aproximadamente a la humedad de equilibrio higroscópico de las condiciones ambientales en las que se va a utilizar. El PSL apenas presenta cambios dimensionales, mermas, alabeos, curvaturas o fendas. Es un producto muy adecuado para utilizarlo como vigas y columnas. Se suele utilizar en viviendas unifamiliares o construcciones residenciales cuando se requieren vigas de grandes luces y como elementos estructurales de dimensiones intermedias y grandes en las construcciones comerciales. Estéticamente es un material atractivo, que es adecuado cuando se requiere una buena apariencia 6. LVL, chapas de madera laminadas y encoladas vigas prefabricadas de madera
f) La Madera como Elemento Constructivo en Estructuras Singulares
La madera es, junto a la piedra, uno de los materiales de construcción más antiguos que existen. Algunos hitos reseñables en la historia de este material son la aparición de la madera laminada, a comienzos del siglo XX y el desarrollo de los tableros de madera hacia mediados del mismo siglo. Históricamente, la madera se ha empleado como elemento resistente a flexión en forjados, a tracción (cerchas en cubiertas, etc.), y de modo más reducido en elementos comprimidos como pilares. La aparición de la madera laminada permite una mayor libertad formal por la mayor facilidad de realizar piezas curvadas. Este tipo de piezas curvadas siguen, sin embargo, cánones clásicos de fabricación con la particularidad de requerir el curvado previo de las láminas individuales durante su proceso de fabricación.
El desarrollo de las estructuras tensadas, abrió un nuevo campo expresivo completamente diferente en el campo de las estructuras de madera. Las estructuras tensadas, al invertir la geometría, funcionan sometidas a esfuerzos de compresión, con esfuerzos de flexión muy reducidos. Este nuevo abanico formal se abre con el proyecto del Mannheim Multihalle, desarrollado por Frei Otto en 1975.
Recientemente, institutos de investigación como Ibois (laboratorio para la construcción en madera de la École Polytechnique Federale de Lausanne), están realizando una importante apuesta por la innovación en la construcción con madera.
La incorporación masiva de técnicas de diseño y fabricación digital está suponiendo la creación de nuevos espacios de encuentro para la madera como material de construcción y un previsible importante campo de desarrollo en el futuro.
La posibilidad de integrar diseño y fabricación está permitiendo la creación de espacios conceptualmente innovadores mediante el empleo de la madera como material estructural.
Entre las ventajas del empleo de tableros de madera se encuentran la posibilidad de crear espacios arquitectónicos diferenciados de los habitualmente asociados a la construcción con madera u otros materiales. La posibilidad de mecanizar nudos y uniones mediante máquinas de control numérico bidimensionales permite, por un lado, obtener unos niveles de capacidad de producción elevados y, por otro, resolver gran parte de los encuentros mediante uniones sencillas. Por otro lado, la manipulación de piezas de dimensiones relativamente reducidas facilita los procedimientos de montaje, optimizando los tiempos de construcción y reduciendo recursos en el empleo de maquinaria auxiliar.
2. La madera en los siglos XVIII, XIX y XX a) Antecedentes: •
La Edad de la Madera.
Hombre y tecnología han evolucionado a lo largo de su existencia de forma paralela. La necesidad de dominar el medio le confirió al hombre el descubrimiento y conocimiento de los materiales que la naturaleza le ofrecía. Es evidente que la nunca nombrada, Edad de la Madera fue incluso anterior a la Edad de Piedra, subsistiendo incluso hasta nuestros días. El uso de la madera
además de facilitar armas para la guerra y la caza, le sirvió para construir sus primeras cabañas o tapar las entradas de sus cavernas. Hasta el dominio de los metales, la madera incluso fue utilizada como material en las parcelas que hoy en día sólo un metal puede ocupar en ese eslabón tecnológico. La madera en la construcción, esta ha formado parte total o parcialmente en edificaciones desde que el hombre se perfeccionó en el manejo de las herramientas. En aquellos lugares donde los refugios o abrigos naturales no le proporcionaban la seguridad suficiente, el hombre comienza a fabricar sus casas utilizando materiales como piedra y madera. El tratado más antiguo sobre construcción que ha llegado hasta nosotros data del siglo I a.C. sobre el año 25 a. C. Marco Vitruvio, arquitecto e ingeniero romano, escribió un extenso tratado sobre arquitectura y técnicas de construcción en Roma. Su título “De architectura” se le dedicó a Augusto. Este libro además de contener comentarios sobre astronomía, relojes de sol, técnicas de construcción y materiales, recoge las primeras descripciones sobre la composición, cualidades y usos de la madera, mostrando un especial interés sobre la influencia de la época de corta y su influencia en las características de la madera frente a agentes xilófagos. •
La madera en los siglos XVII y XIX.
El desarrollo de las estructuras de madera depende de manera directa de la comprensión cabal de su “comportamiento estructural” y del real conocimiento que se tenga del material mismo, pues cuanto mayor fueron las luces estructurales a salvar, más necesario se hizo optimizar la estructura proyectada y construida. Recién a partir de fines del siglo XVIII se contó con la suficiente capacidad de producción de elementos metálicos, cuando madura la revolución industrial en Europa, para la ejecución de diferentes obras de arquitectura. Por tal motivo, la gran mayoría de las estructuras de las obras se concretaban con los materiales tradicionales; madera, ladrillos, piedra, adobe, etc., los cuales se aplicaban en la gran mayoría de los casos a estructuras solicitadas a compresión, con algunos elementos muy determinados a tracción. En estos casos el material “madera” satisfacía completamente ambos esfuerzos (tracción y compresión). En el caso de la madera, su uso tradicional data de la arquitectura del medioevo con los “Fachwerke” (estructuras reticuladas planas pero aplicadas de manera masiva en planos de dos direcciones ortogonales, conformando así un volumen cuasi espacial reticulado, siendo el primer antecedente de las estéreos estructuras). Con el uso de la madera en plano reticulados, se pueden salvar luces más importantes que con el sistema de compresión a base del arco romano, y además, los dos esfuerzos principales son la tracción y la compresión, pero en diferentes elementos del sistema, así se materializan estructuras complejas con elementos estructural-constructivos trabajando a esfuerzos simples, lo que permite un ahorro sustancial de material, tiempo de ejecución y costos. Con el inicio de la “revolución industrial”, aproximadamente a mediados del siglo XVIII, se trata de
buscar nuevas caminos tecnológicos, pero con un material natural de relativamente simple elaboración como es el caso de la “madera”, en contraposición del uso de la técnica del mampuesto (ladrillos, piedras, etc.). Por esto, se realizan los primeros estudios sistemáticos y científicos sobre el comportamiento mecánico de los materiales de construcción. Todo esto sucede en las “nuevas escuelas de artes y oficios” que devienen posteriormente en la famosas “Escuelas Politécnicas” donde se formaban los futuros técnicos de la construcción con una base académico-científica y se pudieron analizar diferentes situaciones tecnológicoconstructivas desde el punto de vista mecánico. Las soluciones estructurales en madera se desarrollaron con gran intensidad debido a la gran experimentación de diferentes tipos de propuestas artesanales realizadas; esto se compendio sistemáticamente en un libro de Jacob Leupold (16471727) sobre “Construcción de Puentes” aparecido en 1726. También se experimento mucho con puentes de arcos de madera. Estos tipos de soluciones estructurales pudieron ser determinados a priori, o sea pudieron ser calculados a principio del siglo XIX, con los trabajos científicos que sentaron las bases de la estática, realizados por Louis Marie Henri Navier (1785-1836) según los trabajos previos de Coulomb, Bernoulli y Euler. Ya en 1561 publico el arquitecto frances Philibert de l'Orme (1515-1577) su libro “Nouvelles Inventions pour bien bastir et ö petits fraiz” sobre diferentes experiencias de tipo de arcos apuntados de maderas curvas, ubicadas una junto a otras, como láminas verticales, unidas entre si con estacas de madera, pero con soluciones constructivas global tipo reticulada planas, con montantes verticales. Este sistema estructural resultó una suerte de estructura de madera laminada, pero las láminas se ubicaban verticalmente y con forma curva, para formar arcos. Las láminas laterales verticales se unían con tarugos de madera, pues los remaches metálicos, o las fundiciones de hierro para formar los remaches, terminaban afectando a la durabilidad del material madera. Así se posibilitó salvar grandes luces con bajo consumo de material, lo que le permitió a de I'Orme la construcción de una gran cantidad de obras con luces estructurales promedios de 15,00 mts. El exito que tuvieron las soluciones estructurales de cúpulas formadas por arcos de capas de madera verticales unidas con tarugos de madera, llevo a la ejecución de una serie de obras importantes en toda Europa Central. En 1904 desarrolló Fritz Zollinger (1880-1945) un mejoramiento del sistma de de l'Orme, al ubicar los arcos apuntados (de maderas lamindas verticalmente y unidas con tarugos de madera) de manera oblicua cruzandose entre ellas, en lugar de estar verticales, separadas y paralelas entre si. Así se conforma una suerte de “reticulado espacial superficial” de elementos curvos de maderas laminadas. Cada arco apuntado oblicuo se fija con el otro que lo cruza con un bulón y planchuelas metálicas. Sin embargo, algunos otros constructores prefirieron ubicar láminas de madera de manera horizontal, también con tarugos de madera como elementos de unión entre las láminas, tal es el caso del puente sobre le río Limmat en la ciudad de Wettingen, Suiza. En 1806 construyo Theodore Burr un puente sobre el río Delaware, cerca de la ciudad de Trenton, New
Jersey, USA, de 60,00 mts de luz estructural, con dos arcos de maderas laminadas horizontales, los cuales estaban rigidizados con dos reticulados planos laterales de madera para sostener la superficie de circulación. Sin embargo, fue conocida esta tipología estructural recién en 1828 cuando el oficial ingeniero Emy publico el libro “Description dun nouveau system d'arcs“. De esta manera las láminas horizontales de madera se curvaban sin necesidad de hacer cortes curvos, luego se fijaban entre si las láminas con prensas metálicas para comprimir fuertemente las láminas curvas, de manera de dotar de mayor contacto entre sí a las láminas curvas de madera, y así por el efecto de rozamiento entre las láminas se alcanzaba aún mayor rigidez en el arco. Para salvar luces estructurales mayores, propuso Emy en 1841, arcos de dos o tres tramos, con mayores secciones en los apoyos intermedios, lo que permitió salvar luces de hasta 100,00 mts.
La evolución de las estructuras de madera continuó por medio de las “vigas”, como elemento rectilíneo y no según los arcos de medio punto. En 1842 desarrolló Georg Ludwig Friedrich Laves una viga de madera de 10,00 mts de luz estructural, que se adaptaba a los esfuerzos internos del momento flector y el esfuerzo de corte, por medio de una viga cortada en su parte media longitudinalmente, y luego incorporo tres separadores verticales de madera, tipo montantes, en la parte media, uniendo los extremos donde se encontraban los apoyos. Así materializa las fibras superiores y inferiores con una gran separación en la parte media del tramo de la viga, donde se verifica el mayor momento flector, para dicho estado de carga y de vínculo. El problema que presentaba este tipo de solución es la gran cantidad de nudos a resolver en la ejecución de la obra, debido a las muchas diagonales y travesaños necesarios para rigidizar toda la estructura. Sin embargo en 1906 se construyo, siguiendo este principio, la cubierta de la Estación Central del Ferrocarril de Kopenhagen. En 1809 propuso Carl Friedrich Wiebeking, en su obra académica “Manual de Construcción de Puentes”, “la unión de los diferentes elementos de madera (láminas finas y cortas posicionadas en diferentes dirección las vetas) por medio de un pegamento”. Se puede hablar del “principio de la madera laminada en colada”, que aplicado
en la primera estructura de este tipo que se construyo en el “Salon de Reuniones del King Edward College”, en Southampton. Inglaterra en 1860. Sin embargo, tuvo que transcurrir casi medio siglo más, a principios del siglo XX, para que esta nueva tecnología se desarrollara completamente, por medio del espíritu emprendedor e innovativo de Karl Friedrich Otto Hetzer, el inventor oficial de la “madera laminada encolada para uso estructural”. Los primeros ensayos con la madera laminada encolada para uso estructural lo realiza en 1901, junto a su hijo, también llamado Otto Hetzer.
3. La madera en el siglo XXI a) Introducción: La madera es notable por su belleza, posibilidades de uso, resistencia, durabilidad y por la facilidad con que se trabaja, posee una alta relacion resistencia-peso, es flexible, conserva sus ventajas a bajas temperaturas, resiste sobrecargas considerables en tiempos cortos. Tiene baja conductividad electrica y termica, resiste la accion de muchos productos quimicos muy corrosivos en otros materiales de construccion y pocos materiales cuestan menos por unidad de peso que la madera. Como consecuencia de su origen, la madera tiene propiedades inherentes con las que los usuarios deben estar familiarizados para utilizarla como material de construcción. Por ejemplo, aunque sean
cortados simultáneamente de árboles que crecen lado a lado en un bosque, dos tablones de la misma especie y tamaño probablemente no tengan la misma resistencia. Describir este material no homogéneo, de naturaleza biológica variable, no es tarea fácil, pero actualmente puede hacerse con precisión porque se cuenta con información útil de sus propiedades y comportamiento en estructuras. La investigación ha demostrado, por ejemplo, que una madera calificada para compresión no puede usarse, sin modificación, para el lado de tensión de un elemento de gran peralte, así como una madera calificada no sirve, sin modificación, para el lado de tensión de vigas de gran peralte ni para elementos sometidos a tensión. La experiencia indica que las características típicas de crecimiento perjudican más la resistencia a la tensión que a la compresión. La investigación ha hecho posibles también mejores estimaciones de las características mecánicas de la madera. Ya no es necesario basarse exclusivamente en la inspección visual para predecir el comportamiento mecánico de una pieza de madera. Ahora existen criterios sólidos de diseño estructural y se han desarrollado procesos económicos de manufactura; así se utiliza mejor y con más...
b) Ejemplos de uso estructural de madera en nuestro medio. El trabajar la madera, para nuestros antepasados, era el método mas practico para poder obtener una vivienda. A medida que evolucionamos este material, fue quedando como uso alternativo de decoración o elemento estético solamente. Es hasta hoy en día que se retoma, como material constructivo; este material provee de velocidad al ser trabajado así como limpieza. Es incluso posible ser armado por parte para luego solo instalar todas las piezas necesarias en el sitio de proyecto. Un ejemplo del trabajo logrado en madera es el Jübergturm o torre mirador, la cual posee 17anillos de acero que la conforman, colocando en total 240 barras de madera laminada de alerce siberiano con secciones cuadradas de 8cm de canto. La forma de la edificación, retoma la forma de un hiperboloide de 23.50m de altura con una sección circular variable, desde 6m de diámetro en el primer nivel hasta los 9m de diámetro en el nivel mas alto. Este tipo de formas desarrollada por el Ing. Vladimir G. Suchoy en el S.XIX.
