PROCESO DE FABRICACIÓN Actualmente, se lamina madera para uso estructural, especialmente para grandes construcciones. Iglesias, gimnasios, hangares, fábricas, bodegas, coliseos cubiertos, puentes, edificios, son entre otras, las obras más comunes. Los elementos laminados estructurales se diseñan para cubrir grandes luces y soportar grandes cargas, por eso su forma puede ser curva o rectilínea y su sección transversal usualmente tiene forma rectangular. La madera laminada es un producto de uso estructural y estético, fabricado bajo condiciones técnicamente controladas, con piezas de madera de diferentes largos y secciones transversales iguales, encoladas entre sí y altamente resistentes a las condiciones climáticas adversas. Su composición se logra mediante la unión de láminas delgadas, que pueden ser curvadas previamente, permitiendo así la construcción de estructuras complejas de gran belleza y de excelentes características estructurales. Los ensambles longitudinales se hacen por el sistema de finger joint (figuras 1 y 2). Definidas las características de las vigas, tanto en su forma como en lo largo, ancho y espesor se procede a preparar las láminas a ensamblar. Las superficies, tanto de los cantos como de las caras de las tablas, deben ser lisas y uniformes para permitir una buena adherencia entre ellas.
Fig. 1. Máquina para fabricar uniones finger joint
Fig.2.Unión finger joint
Al mismo tiempo, se prepara el pegamento o adhesivo según las recomendaciones del fabricante y el tipo de uso de la estructura, es decir, bajo techo o a la intemperie.
Los adhesivos mas utilizados para condiciones bajo techo son aquellos con base en urea formaldehído. Sin embargo, la cola mas utilizada es el Resorcinol Fenol Formaldehido para Uso estructural La madera laminada incluye además una mano de Sellador de Madera, porque es neutra a agentes químicos, resistentes al fuego e insensibles a la humedad después del encolado. Exige madera con un contenido de humedad inferior al 15 por ciento y superficies muy uniformes. La aplicación de la cola, aunque antes se hacía manualmente, se aconseja hacerla por medios mecánicos para asegurar una distribución uniforme y homogénea sobre cantos y caras de cada lámina. El prensado se hace con prensas manuales, hidráulicas o neumáticas.Fig.3 y 4. Para favorecer el fraguado de la cola, la formación y prensado de la viga se hace en cuartos climatizados entre 20 y 40 grados centígrados. La duración del prensado depende del tipo de pegamento utilizado, de las dimensiones de la viga y la temperatura y humedad del medio ambiente. Se debe procurar un prensado uniforme y una presión constante durante el tiempo de fraguado de la cola
Fig.3.Máquina prensadora mecánica Fig. 4 317 × 237 - Caja de prensado arqueada de HESS-WOHNWERK hess-timber.com
El acabado de la viga consiste en un pulido de las superficies para retirar los residuos de la cola y dar uniformidad. En muchos casos se aplican óleo solubles, los cuales tienen además, un efecto de impermeabilización. Finalmente se aplican productos de acabado como barnices y lacas. La madera laminada es fabricada con Pino Radiata, calidad estructural G-2 o superior, especificada en NCh 1198. Seca en cámara, con un contenido de humedad inferior al 15%. Las láminas utilizadas en el proceso de fabricación, se clasifican en elementos A y B, según NCh 2150 y se compaginan de acuerdo a la determinación del cálculo estructural Ventajas de la madera laminada
La madera laminada ha permitido ampliar la gama de usos de la madera en donde se resaltan sus cualidades estéticas, físico - mecánicas y de durabilidad. Por otra parte, ha permitido la producción de elementos estructurales de forma, tamaño, funcionalidad y creatividad no logrados con la simple madera maciza, e incluso, con materiales tradicionales. CARACTERÍSTICAS: Las construcciones de madera laminada, dadas sus características naturales y diseños adecuados, ofrecen grande ventajas con respecto al acero u hormigón, tales como: LIVIANDAD Su modelado peso permite edificar estructuras de reducida inercia, importantísisima ventaja en países de naturaleza sísmica. ✓
FLEXIBILIDAD Permite diseñar elementos de diversas formas y cubre grandes luces sin apoyos intermedios. ✓
AISLAMIENTO TÉRMICO Su conductividad o transferencia térmica es muy inferior a la de otros materiales, otorgando excelentes condiciones aislantes. ✓
RESISTENCIA QUÍMICA No reacciona con agentes oxidantes , generando gran resistencia en ambientes ácidos ó alcalinos. ✓
RESISTENCIA AL FUEGO En caso de eventual incendio, la Madera Laminada se comporta sorprendentemente bien, resistiendo a la acción del fuego. ✓
BELLEZA El carácter noble y cálido de la madera, resalta considerablemente en las estructuras de Madera Laminada. ✓
DESVENTAJAS DE MADERA LAMINADA X X
Muy a menudo son muy pesadas respecto al uso que se les da Son mas costosas, especialmente en vigas rectas; en vigas curvas no hay comparación el factor económico comprende tres rubros: adhesivos , mano de obra y madera . Lo mas caro es el adhesivo, sobre todo cuando es para vigas con
condición de uso fina al exterior ; luego la mano de obra y por último la madera. El factor de perdida es bastante elevado tanto de adhesivo como madera 33% a 50%
X
X
No siempre se pueden producir en obra, lo cual implica costo adicional por transporte
X
Elementos de gran longitud y gran curvatura son difíciles de manipular, lo que incide en el costo final del elemento de madera laminada.
Aplicaciones de la madera laminada ➢
VIGAS: La viga recta de sección constante de madera laminada es la mas barata de producir. Con vigas de sección constante es posible llegar hasta mas de 30m de luz.
➢
ARCOS: La gran ventaja que ofrece el encolado para este tipo de estructuras, estas no tienen competencia en cuanto esbeltez, belleza y luz . estos se hacen en arcos biarticulados 3 o 4 partes , estas partes se han mediante conectores metálicos los mas usados son los conectores Simpson. En Estados Unidos se han construido edificios con arcos de madera laminada mas de 100 metros de luz
➢
MARCOS: Los más frecuentes son los marcos triangulares, constituido una aplicación de la madera laminada muy atractiva, desde el punto de vista arquitectónico . este tipo es mas usado en la construcción de iglesias. También llamado marco tudor. Con este tipo de estructura es posible alcanzar los 60 metros de luz .
DUOC VALPARAISO
PASARELA BELLAVISTA VALPARAÍSO
PUENTES…
VIÑAS
Grados de Calidad La Norma Chilena NCh 2150 entrega dos métodos alternativos de clasificación para la madera. El mecánico: basado en la determinación experimental del módulo de elasticidad de cada pieza de madera aserrada. El visual: basado en la inspección ocular de los defectos que aparecen en cada pieza. Es así como la madera laminada se clasifica en dos grados de calidad: Grado A (mejor calidad, menor número de nudos, mayor E) Grado B (menor calidad, se aceptan cierta cantidad de nudos) Tensiones de Diseño Las propiedades de resistencia de la madera tienen una alta variabilidad. Las tensiones de diseño se determinan como el producto de las tensiones admisibles por los factores de modificación que resulten pertinentes. Las tensiones de diseño de la madera laminada dependen del grado empleado y de la forma de la laminación: horizontal o vertical. Para MLE con laminación horizontal (H), los valores en kg/cm2 son: Grado
Flexión
A B
194 194
Cizalle Tracción N 13 13
45 45
Compresión N 205 205
Módulo E 112200 91800
Para MLE con laminación vertical (V), los valores en kg/cm2 son: Grado
Flexión
A
194
Cizalle 11
Tracció Compresión N nN 5 205
Módulo E 102000
B
194
11
5
205
81500
Una comparación de las características físicas de la madera laminada comparada con el hormigón y el acero se entrega en la tabla que sigue: Densi dad t/m3 Acero
7800
Concreto
2400
Madera pino Mad.Euca lip
600 900
Módulo E Kg/ cm2 2100.0 00 200.00 0 100.00 0 21000 0
Tens.A dm. Kg/cm2
Energía MJ/m3
Rendim. MJ/
2.400
234.000
97.5
200
920
10.70
500
600
1.2
900
630
0.7
Tensiones admisibles Las tensiones admisibles y los módulos de elasticidad están especificados en la Norma NCh2165. Los factores de modificación que se deben asignar son los siguientes: por duración de carga Kd por temperatura Kt por tratamiento químico Kg por volcamiento Kv por esbeletez Kl por altura Khfl por condición de carga Kg por razón luz/altura Kl/h por concentración de tensiones Pre-dimensionamiento: Viga recta de sección uniforme, simplemente apoyada: Luces usuales de 10 a 30 m, altura máxima MLE h= L/17 Para arco bi-articulado: Luces de 20 a 60 m f = 0.135L H = L/50 Para arco tri-articulado luces de 20 a 100 m f = 0.135 L H = L/50
Para costaneras continuas, luces usuales de 3 a 20 m Altura MLE h= L/15 Deformaciones Las vigas de madera laminada pueden ser fabricadas con una contraflecha destinadas a compensar la deformación derivada de las cargas permanentes. Para considerar la deformación permanente que se presenta con las cargas de larga duración, se acepta una contraflecha mínima igual a 1.5 veces la deformación instantánea. Las deformaciones máximas admisibles en Vigas de Madera son : Tipos de viga
Vigas de techo Construcciones industriales Oficinas Construcciones habitacionales Vigas de piso Construcciones en general Puentes carreteros
Deformaciones máx. admisibles Sobrecarga
pp + sc
L/360 L/360
L/200 L/200 L/200
L/360 L/360
L/300
Deformaciones típicas Para viga simplemente apoyada: Dmax = 5/384 qL4/El; donde: q = carga uniformemente repartida E = módulo de elasticidad I = módulo de inercia Uniones El cálculo de las uniones entre elementos de madera y de la madera laminada con otros materiales como el acero y el hormigón es más complejo que el cálculo de las uniones en acero, esto debido a que las tensiones admisibles son diferentes en función de la orientación de la fibra de la madera. Los elementos de unión más utilizados son: clavos pernos conectores pletinas metálicas
Los clavos se usan en uniones con esfuerzos bajos y en secciones pequeñas. Los pernos son los elementos de unión más utilizados y pueden ser pasados (que atraviesan los elementos de unión) o tipo pasador, perdidos dentro la madera. Los pernos a utilizar deberán cumplir con la norma NCh 300, 3031 y 302. se deben usar como mínimo dos pernos por unión, excepto en uniones articuladas. Los conectores son anillos o platillos que quedan empotrados parcialmente en la madera. Estos elementos distribuyen los esfuerzos en una superficie mayor de madera. Las pletinas son usadas prácticamente en todas las uniones y se utilizan en conjunto con clavos y/o pernos. Las pletinas pueden estar por fuera de los elementos de unión o dentro de la madera. En este último caso se realizan cortes en la madera con sierras especiales. Las uniones se diseñan para resistir esfuerzos normales, de corte y momento. Es importante considerar la dirección de la fibra de la madera en el diseño de las uniones, ya que la resistencia de la madera es muy distinta según la dirección de la fibra. Las uniones de momento se resuelven usualmente con la colocación de varios pernos formando un círculo. Para transmitir mejor el esfuerzo del perno hacia la madera se usan conectores tipo “bulldog” en la unión.
Bibliografía 1. Norma Chilena NCh1198 of 96. “Diseño de Construcciones en Madera”. 2. Norma Chilena 2150 Madera laminada encolada - Clasificación mecánica y visual de madera aserrada de pino radiata 3. Manual de Cálculo de Construcciones en Madera, INFOR, abril 1990 4. Manual de Diseño de Madera Laminada, INFOR, Enero de 1992. 5. Protección por Diseño en el uso de la madera en la infraestructura vial, Proyecto FONDEF D001 1164, Universidad del Bío-Bío, abril de 2002. 6. Manual de Diseño para maderas del Grupo Andino, Junta del Acuerdo de Cartagena, PADT-REFORT, nov. 2000. 7. RAMAdvansse, v.5.0 Diseño en Madera, Boris Kraljevic, Junio 2002.
