Madera Laminada
Por Vicente Perez, Universidad de Santiago (profesor part time Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción, Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile)
I.- Definición La Madera Laminada es un material versátil, que se forma con piezas de madera, unidas con adhesivo, por sus extremos y caras, de manera tal que l as fibras queden paralelas al eje del elemento. De esta forma se pueden obtener elementos, que no están limitados en cuanto a su sección transversal, longitud o forma. Por razones de secado y economía, fundamentalmente fundamentalmente , se ha llegado ll egado a la conclusión de que el espesor de las láminas l áminas no debe ser inferior a 19 mm ni sobrepasar los 50 mm. Si las láminas l áminas son paralelas al plano de flexión del elemento, se dice que la laminación es "horizontal" y cuando estas son normales al plano neutro de flexión se dice que la laminación es "vertical".
II.- Especies Usadas Las especies madereras más usadas, son las coníferas, debido a la abundancia de éstas en todos los países desarrollados del mundo. En Chile, la más empleada es el Pino radiata, debido a que es la especie más abundante, de rápido crecimiento y bajo costo. Además, sus propiedades la señalan como la especie más apta para la fabricación de madera laminada encolada.
Las principales características son: su abundancia, su posibilidad de usarla como material estructural, su apariencia estética, facilidad para encolarla, su bajo peso, facilidad de secado, trabajabilidad y permeabilidad, entre otras.
III.- Reseña Histórica
Durante muchos años la laminación fue utilizada en la fabricación de muebles, artículos deportivos, etc. Luego comenzó a ser utilizada en el área de la construcción, durante la primera década del siglo pasado. Actualmente, constituye un elemento importante en las estructuras, sobretodo en grandes luces, siendo aptas para una extensa gama de aplicaciones, ya que con ellas es posible cr ear estructuras estéticamente agradables y con bastantes posibilidades de diseños arquitectónicos. El prejuicio que existía contra las estructuras de madera laminada era, por sobre todo, desde el punto de vista de su durabilidad, dado que en un comienzo el encolado era basado en colas orgánicas, sensibles a la humedad y el agua. Posteriormente fue cediendo lugar a una gran confianza a partir de la Segunda Guerra Mundial. Esto se debió, principalmente, a los excelentes adhesivos que se lograron obtener y al alto nivel de práctica alcanzado en las faenas de encolado, especialmente en la industria aeronáutica. La historia de la madera laminada esta íntimamente ligada con el avance tecnológico de los adhesivos. En Chile, desde 1964, se han realizado distintos esfuerzos por imponerla como un material de construcción alternativo. Sin embargo, los resultados de esta gestión no han sido del todo positivos debido, principalmente, al desconocimiento que de sus propiedades mecánicas poseen los profesionales de la construcción. Con el propósito de introducir en el país, nuevas aplicaciones de la madera, en 1964, el Instituto Forestal (INFOR), realizó la primera experiencia controlada de una estructura de madera laminada, que consistió en supervisar la fabricación de arcos de madera laminada
en Viña del Mar. En 1967, se construye la Capilla de los Padres Franceses de Viña del Mar, también bajo la supervisión del INFOR. La mayor obra realizada en esta primera etapa, en nuestro país, fue la construcción de la ex sede del INFOR, en la comuna de La Reina, con una superficie construida de 9.025 m2. Como un factor de desarrollo para la industria nacional cabe destacar la importancia que tuvo la planta piloto de INFOR, que inició su producción en 1983 y que en 1984 alcanzó a producir un total de 56.4 m3. Este hecho despertó interés en arquitectos e ingenieros, los que han diseñado y construido diferentes estructuras de madera laminada. Posteriormente se crean las fábricas Tecnolam, Laminotecnia (actualmente cerrada), Tradema, Lamitec, Arte Madera e Ingemad en Santiago, y Norwood en Concepción por nombrar las mas relevantes.
Hubo también experiencias negativas con empresas que entraron irresponsablemente al mercado sin la adecuada supervisión técnica y prescindiendo de ingeniería de apoyo y que como resultado tuvieron una efímera existencia. Durante la última década del siglo pasado, el mercado nacional ha experimentado un auge considerable, en comparación con la situación que caracterizó el período anterior. Como consolidación técnica de las fábricas y la concreción de algunos proyectos relevantes, destacan las estructuras del campamento minero La Escondida y el pabellón nacional en la Feria Mundial de Sevilla. Ambas permitieron apreciar, por una parte, las ventajosas propiedades de las estructuras de madera en ambientes químicamente agresivos, la calidez del material para la materialización de ambientes de convivencia y trabajo en áreas remotas y agrestes. Por otra parte, el extraordinario efecto estético que es posible obtener con la madera laminada encolada, cuando el talento y la sensibilidad del arquitecto resaltan las características del mismo. Se puede decir que desde que el INFOR inauguró su planta piloto en 1980, el desarrollo técnico en el área ha sido progresivo, aún cuando en la actualidad se encuentra a cierta distancia del desarrollo alcanzado por la industria de madera laminada en los países europeos y en Norteamérica, donde se cautela la aptitud de producción a través de un riguroso control de la infraestructura de las plantas como del personal laboral y profesional involucrado en el proceso productivo. Tomando en cuenta que el mercado de
madera laminada encolada está aún en vías de expansión y desarrollo, se puede decir que es marcado el crecimiento del área y con buenas expectativas futuras.
. IV.- Ventajas y Desventajas de la Madera Laminada Ventajas
1. Se pueden conformar estructuras no limitadas en escuadría, longitud o forma. 2. Como resultado de la producción de láminas continuas, en teoría resultan factibles secciones transversales y largo de vigas no limitados. Es así como en los países desarrollados se han llegado a producir, en casos excepcionales, vigas de Madera Laminada Encolada con alturas de 2.0 m y largos de 20 ó 30 m. Las limitaciones se manifiestan como consecuencia del tiempo abierto de los adhesivos, las dimensiones de las máquinas cepilladoras y de los recintos de producción o sencillamente de la arquitectura. Si las dimensiones de la proyección volumétrica de las vigas de Madera Laminada Encolada exceden de los 16 m en el largo, 1.0 m de altura, se requerirá de procedimientos especiales durante el transporte. 3. Los elementos laminados tiene baja razón peso / resistencia, por lo cual pueden ser levantadas y montadas a bajo costo. Además, son elementos elásticos y de una hermosa apariencia arquitectónica. 4. Como consecuencia del proceso productivo, los nudos de las tablas que constituyen las láminas se distribuyen de forma más pareja, dentro del volumen de la viga, lo que resulta en un material más homogéneo que la madera original. La influencia de áreas potenciales de falla singulares debido a la presencia de nudos se ve reducida, resultando en una menor variabilidad de la capacidad resistente y para madera de menor calidad, en resistencias medias altas. 5. El espesor de láminas inferior a 50 mm (véase NCh 2148), permite secar la madera fácilmente al contenido de humedad deseado antes de usarla, con menos defectos producto del secado y por lo tanto de la propia estructura. 6. La posibilidad de curvar las láminas individuales con anterioridad al encolado, permite la fabricación de formas de vigas atractivas. Esto hace posible también la imposición de contraflecha en las vigas con el fin de contrarrestar las deformaciones del peso propio. La producción de vigas curvas requiere la
adaptación de guías y dispositivos prensores para cada tipo de geometría nueva, por lo que su tiempo de producción resulta mayor que el correspondiente a las piezas rectas. La diferencia de costo resultante depende del número de piezas similares y a menudo resulta despreciable. Las piezas de altura variable se pueden producir por una simple variación del largo de l as láminas individuales o por el aserrado de dos piezas de altura variable, a partir de un elemento recto. 7. El empleo de una disposición estratificada de láminas hace posible relacionar la calidad de las mismas con el nivel tensional previsto para las piezas, una vez construidas. Por ejemplo, en el caso de una pieza flexionada, resulta práctico ubicar las láminas de clase estructural altas, en las regiones exteriores altamente tensionadas, disponiendo, a la vez, láminas de una calidad inferior en las zonas interiores. Esto permite un uso más económico de la madera disponible. 8. La efectividad de las secciones transversales compuestas encoladas es completa, esto es, no se producen corrimientos relativos entre lo s componentes. Lo anterior permite contar con las propiedades estáticas de la sección transversal bruta para efectos de cálculo. 9. Las tablas se secan en cámaras especiales a un contenido de humedad de, aproximadamente 15%, dado que en la mayoría de las situaciones prácticas, la humedad de equilibrio de la madera usada varía entre un 9% y un 15%. Consecuentemente, el riesgo de daño causado por deformaciones, tales como distorsiones que se producen durante el proceso de la construcción, quedan prácticamente eliminados. 10. El secado de las láminas y el proceso productivo permiten, además, la fabricación de vigas de Madera Laminada encolada con dimensiones muy precisas. En un momento en que los conceptos de prefabricación e industrialización constituyen paradigmas para las empresas constructoras, las pequeñas tolerancias resultan de suma importancia para el uso y fabricación de piezas prefabricadas de diferentes materiales, de manera que la precisión dimensional puede constituirse en un factor determinante en la opción preferencial por el uso de Madera Laminada encolada aún en situaciones en que la madera aserrada hubiera resultado suficiente, en términos de resistencia y rigidez. En relación con el mayor uso del diseño asistido por computadora (CAD), y de las máquinas de terminaciones controladas computacionalmente, la precisión dimensional va adquiriendo, gradualmente mayor importancia. 11. El proceso mismo de fabricación de Madera Laminada encolada facilita la industrialización en la producción y, por ende, la prefabricación. 12. Las estructuras de Madera Laminada encolada poseen una alta resistencia al fuego. La madera se quema mas lentamente y resiste la penetración del calor. Esto significa que la Madera Laminada no sea combustible, lo que pasa es que el avance de la combustión es muy lento (0,6 mm/min). 13. Abren posibilidades de ampliaciones, reparaciones en o bra y modificaciones sin grandes dificultades.
14. El adhesivo permite el uso de tablas cortas y angostas que, unidas eficientemente, pueden conformar piezas estructurales de cualquier espesor, ancho, largo y de formas no restringidas.
Desventajas
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Comparadas con la madera sin laminar, los elementos de Madera Laminada son más costosos, especialmente las vigas rectas. Pero en este último tiempo, debido a las exigencias de protección del medio ambiente, en particular del bosque nativo, esta situación se ha ido remitiendo, principalmente, para luces superiores a los 4,6 m. El factor económico comprende tres rubros: adhesivos, mano de obra, infraestructura y madera. Lo mas caro es la madera, luego la mano de obra y por último el adhesivo. Durante el proceso productivo se produce una pérdida considerable en la materialización de estos elementos estructurales, tanto en madera como en adhesivos, como consecuencia de la preparación de las láminas y de las uniones de externo, de los procesos de cepillado y terminaciones. Se necesita, para la fabricación de Madera Laminada encolada equipos (Horno de secado, sierra huincha, cepilladora, entre otras), y técnicas especiales. Los equipos son caros, se debe conocer el proceso y contar con mano de obra especializada. Como no es conveniente fabricarlos en obra, se fabrican en plantas industrializadas, y en los casos de elementos de gran longitud y gran curvatura, hay dificultades de manipulación, embarque y transporte, lo que incide en el costo final de la Madera Laminada. El adhesivo debe estar condicionado al uso que se va a dar al elemento. Así, los adhesivos que se requieran para estructuras que van al exterior son costosos, en comparación a los de uso interior, debido a que los primeros en Chile hay que importarlos. La posibilidad de curvar las láminas individuales con anterioridad al encolado, permite la fabricación de formas de vigas atractivas. Esto hace posible también la
imposición de contraflecha en las vigas con el fin de contrarrestar las deformaciones del peso propio. La producción de vigas curvas requiere la adaptación de guías y dispositivos prensores para cada tipo de geometría nueva, por lo que su tiempo de producción resulta mayor que el correspondiente a las piezas rectas. La diferencia de costo resultante depende del número de piezas similares y a menudo resulta despreciable. Las piezas de altura variable se pueden producir por una simple variación del largo de l as láminas individuales o por el aserrado de dos piezas de altura variable, a partir de un elemento recto.
V.- Necesidad de Clasificar la Madera En general, en una estructura de madera, los ele mentos y/o las piezas que lo conforman deben ser clasificados, a fin de verificar que sus propiedades resistentes sean las adecuadas para resistir la carga de diseño en las condiciones de servicio que se presumen de acuerdo al grado estructural deseado. La Norma europea entrega las especificaciones mínimas que permiten la confección de piezas o vigas con la resistencia deseada, luego ellas deben ser clasificadas antes de proceder a la fabricación de la Madera Laminada. Esta clasificación debe hacerse a cada una de las piezas que se destinen a dicha fabricación. Actualmente, para clasificar la madera aserrada de Pino radiata destinada a la Madera Laminada encolada, sólo se utiliza la NCh 2150 Of. 29.
