Madera Laminada: Propiedades, Fabricación y Aplicaciones
La madera laminada se define como la unión de tablas o láminas a través de sus cantos, caras y extremos, con sus fibras en la misma dirección, conformando un elemento no limitado en escuadría ni en largos, y que funciona como una sola unidad estructural.
Ventajas de la Madera Laminada
- El adhesivo permite el uso de tablas cortas y angostas que, unidas eficientemente, pueden conformar piezas estructurales de cualquier espesor, largo, ancho y de formas no restringidas.
- El espesor de las tablas, al ser reducido, permite secar la madera fácilmente a los contenidos de humedad deseados, con menores defectos de secado, los cuales, de aparecer, disminuirían la resistencia de la viga.
- La madera laminada permite diseñar elementos artísticos y prácticos, en los cuales la sección transversal puede variar con los esfuerzos a los que está sometido el elemento. El elemento terminado no necesita ser enchapado o quedar oculto, ya que es estéticamente aceptable.
- Es posible realizar elementos curvos.
- Al estar constituidas por varias secciones pequeñas, son más estables que las vigas macizas conformadas por una sola sección.
- Al ser más homogéneas, se considera una tensión admisible mayor en comparación con las vigas de madera maciza, lo cual disminuye las secciones a utilizar.
- Los elementos laminados tienen una baja relación peso/resistencia, lo que permite que puedan ser levantados y puestos en servicio con un bajo costo.
Desventajas de la Madera Laminada
- Comparadas con la madera sin laminar, son más costosas, especialmente en vigas rectas.
- Requieren el empleo de adhesivos específicos según su ubicación (interior o exterior).
- Para su fabricación se necesitan equipos especiales y mano de obra calificada.
- No siempre se pueden producir en obra, lo que implica un costo adicional por transporte.
- Elementos de grandes dimensiones son difíciles de manipular y transportar, lo que incide en el costo final del elemento de madera laminada.
Debido a las posibles contracciones y expansiones, se recomienda que los anillos de crecimiento de las tablas se coloquen formando ángulos diferentes con respecto a la superficie de madera, tal como se indica en la figura.
La combinación de especies que generalmente se emplea para obtener efectos arquitectónicos o un mayor rendimiento, solo es posible en elementos que se usarán en condiciones secas o con pequeños cambios de contenido de humedad.
Si existen grandes cambios en el contenido de humedad, como ocurre en uso exterior, se producirían elevadas tensiones ocasionadas por los diferentes coeficientes de cada especie.
Superficies de la madera: Cuarteada, Floreada, Cuartada.
Aplicaciones de la Madera Laminada
- Vigas: La viga recta de sección constante es la más económica de producir, independientemente de la sección transversal, ya sea rectangular, en forma de “te”, doble “te”, cajón, así como pilares laminados de sección constante. (Vigas con Peralte, Pórtico Biarticulado)
- Arcos: La gran ventaja que ofrece el encolado para este tipo de estructuras radica en que hace posible la construcción de arcos muy eficientes, partiendo de laminaciones muy delgadas. Estos no tienen comparación en cuanto a esbeltez, belleza y luz (claros). Teniendo en cuenta la dificultad de transporte, los arcos se diseñan en una, dos, tres, cuatro o más partes. Las uniones entre unidades se realizan mediante planchas metálicas.
- Marcos: Constituyen una aplicación de la madera muy atractiva desde el punto de vista arquitectónico.
Fabricación de la Madera Laminada
Primero se comienza con la selección de materias primas de primera calidad, que deben cumplir con lo estipulado en la normativa: NCh 2148, NCh 2150, NCh 2165. Luego se eliminan los defectos naturales de las tablas, finalmente se obtienen las piezas mediante unión bajo presión de láminas de espesor reducido, máximo de 45 mm, de Pino Radiata.
El contenido de humedad óptimo es aquel que produce la unión encolada más resistente y que se aproxime al contenido de humedad de equilibrio que tendrá el elemento laminado cuando esté puesto en servicio.
Cuando las láminas son esparcidas con el adhesivo, su contenido de humedad se incrementa; esto depende del espesor de las piezas, del tipo de adhesivo, de la especie maderera y de la cantidad de adhesivo aplicada.
Los adhesivos generalmente no producen líneas de cola satisfactorias cuando el contenido de humedad de la madera es alto. Al momento del encolado, el porcentaje de humedad debe ajustarse entre un 12% y un 17%.
Tipos de Uniones en Madera Laminada
- Uniones de extremos: Se realizan para lograr elementos cuya longitud sea superior a la que es posible obtener de la madera comercial. Existen diversos tipos: de tope, biseladas o scarf-joint, uniones dentadas o finger-joint y hooked-scarf-joint.
- Unión de canto: Se utilizan cuando se desean obtener piezas de anchos mayores a los usuales. Existen diversos tipos: de tope, machihembrado curvo, machihembrado recto, cola de milano.
Adhesivos para Madera Laminada
El encolado de láminas se realiza con resorcinol-fenol-formaldehído o urea-formaldehído, según el uso que se le dará a la estructura o los elementos.
Las uniones de canto entre láminas se realizan por el sistema de dentado. De esta manera, con el encolado y estas uniones, se crean estructuras que pueden alcanzar grandes luces sin mayores problemas.
Métodos para realizar el esparcido del adhesivo: brochas, rodillos, pistolas o esparcidores mecánicos (encoladoras).
La mayoría de los esparcidores mecánicos tienen dos rodillos y dos recipientes que controlan la cantidad de adhesivo que se aplica a las láminas.
Existen dos tipos de esparcido: simple y doble. En el esparcido simple se encola una sola cara, y en el esparcido doble, se encolan ambas caras.
La unión de las láminas se produce con un adhesivo específicamente formulado. Los adhesivos empleados son a base de urea-formaldehído, urea-resorcinol y urea-melamina, todos de dos componentes y de curado en frío.
Los adhesivos vinílicos no son aptos para la fabricación de madera laminada estructural porque no resisten las solicitudes habituales de los elementos estructurales.
El adhesivo de urea-formaldehído es el más económico. Tiene una moderada resistencia a la rehumidificación temporal. Es utilizable en taller con temperaturas no inferiores a los 10 °C.
El mejor adhesivo para usos exteriores y más usado por fabricantes europeos es la urea-resorcinol. Este requiere una temperatura de trabajo superior y es bastante más costoso que la urea-formaldehído.
La urea-melamina es también muy resistente a la acción de la humedad y suele ser utilizado cuando se desea evitar las líneas de cola oscuras de la resorcinol.
Proceso de Prensado y Maduración
Prensado: La presión a aplicar es un punto crítico. Cuando se emplea urea-formaldehído, varía entre los 10 y 15 kg/cm² y puede reducirse a 8 o 9 kg/cm² para urea-resorcinol. Es muy importante que la presión sea constante sobre todo el elemento. La temperatura normal del taller debe ser de 15 °C.
El prensado se completa mientras el adhesivo esté aún sin fraguar. El escurrimiento es un índice de que el adhesivo no se ha endurecido.
Tiempo de ensamblado: Tiempo entre el término del esparcido del adhesivo y la aplicación de la presión. Este tiempo se divide en dos:
- A) Tiempo de ensamblado abierto: Tiempo entre el término del esparcido y el contacto de dos láminas adyacentes.
- B) Tiempo de ensamblado cerrado: Tiempo entre el contacto de dos láminas adyacentes y la aplicación de la presión final.
El adhesivo expuesto al aire durante el ensamblado abierto, fragua mucho más rápidamente que un adhesivo ubicado entre dos láminas que han sido puestas en contacto inmediatamente después del esparcido.
Reapriete: Se lleva a cabo cuando se produce una pérdida de la presión aplicada a causa del escurrimiento del adhesivo.
Maduración: El tiempo de maduración tiene como objetivo lograr la estabilización higrométrica interna de las piezas encoladas y la resistencia casi definitiva del encolado. Este tiempo depende del tipo de adhesivo y de la temperatura del ambiente donde se ha almacenado, pudiendo tener una duración de días o semanas.
Elaboración: Es un proceso de despunte, canteado, cepillado y pulido del elemento estructural. Una vez que el elemento laminado tiene ya sus líneas de cola fraguadas, se procede a limpiar el adhesivo que ha escurrido a causa del prensado; se corta a la longitud requerida (despunte); se cepilla a las dimensiones especificadas y se pulen las superficies.
Clasificación Estructural Visual de la Madera
Clasificación estructural del pino radiata:
- Clasificación estructural visual: Se basa en el riguroso control de tamaño, ubicación y frecuencia de los nudos.
- Clasificación estructural mecánica: Consiste en medir el módulo de elasticidad de las piezas, por medio de métodos mecanizados y automatizados.
Cada grado estructural consiste en un agrupamiento de piezas ligeramente diferentes, pero igualmente adecuadas para el uso o aplicación prevista para ellas.
En aquellas clasificaciones destinadas a usos en los que se debe garantizar propiedades mecánicas admisibles, las normas de clasificación limitan la presencia de características con efectos reductores sobre dichas propiedades.
Para el Pino Radiata, las características de crecimiento que afectan en mayor proporción las propiedades mecánicas son la presencia de nudosidades. Para ello, se utiliza el método RAN “razón de área nudosa”, desarrollado en Inglaterra y luego adoptado por las normativas europeas y de Oceanía. Existen otros factores tales como los efectos de incorporación de médula, inclinación de la fibra, y velocidad de crecimiento. Para el método RAN, se debe escoger la sección más débil de la pieza y ver la geometría de proyección del nudo o grupo de nudos. La razón de área nudosa en las zonas de borde se llama RANB, donde se considera el más desfavorable de ambos en su valoración.
La condición de borde se produce cuando más del 50% de una zona de borde de la sección transversal crítica se encuentra ocupada por nudos.
RANB > 50: hay condición de borde
RANB < 50: no hay condición de borde
Dependiendo de la razón de área nudosa y la razón de área nudosa en zonas de borde, la madera Pino Radiata puede ser clasificada en tres categorías:
- Grado GS (Grado Selecto): El RAN fluctúa entre 20% y 33.3% y no existe condición de borde.
- Grado 1 (G1): El RAN fluctúa entre 33.3% y 50% y no existe condición de borde. También corresponde a esta clasificación, existiendo condición de borde, cuando el RAN no excede el 33.3%.
- Grado 2 (G2): El RAN fluctúa entre 50% y 66.7% y existe condición de borde.
La pieza será rechazada si presenta en su sección de área nudosa más desfavorable un RAN > 66.7%.
Normativa de la Madera
Fisuras: Separaciones longitudinales de las fibras, que aparecen sobre una cara, canto o cabeza de una pieza de madera, incluyendo grietas, rajaduras y acebolladuras.
Zonas de borde: Superficies de sección transversal adyacentes a los cantos, correspondientes cada una a la cuarta parte del área de la sección transversal de la pieza.
Nudos Alargados: Corresponden a esta categoría los siguientes nudos:
- Nudos cortados a lo largo de su eje, por el plano de una cara.
- Nudos de canto en piezas con médula.
- Nudos que penetran la pieza de forma completa o parcialmente desde el canto, atravesando en cualquier ángulo de la pieza.
Los nudos se pueden exhibir en una o ambas caras o pueden estar ocultos.
Nudos podados: Nudo discontinuo que resulta de la poda y del subsecuente crecimiento de madera libre de defectos alrededor y por sobre del extremo de la barra podada.
Razón de área nudosa individual (RANI): Razón entre el área de proyección de un nudo individual y el área de la sección transversal de la pieza.
Razón de área nudosa de nudo alargado (RANNA): Razón entre el área de proyección de 1 o 2 nudos alargados y el área de sección transversal de la pieza.
Razón de área nudosa en la zona de borde (RANB): Razón entre la suma de las áreas proyectadas sobre la sección transversal de todos los nudos o partes de nudos en una zona de borde, comprendidos en una longitud de pieza igual al ancho de la misma y el área de la sección transversal de la zona de borde.
Razón de área nudosa total (RANT): Razón entre la suma de las áreas proyectadas, sobre la sección transversal de la pieza de todos los nudos comprendidos en una longitud igual al ancho de la pieza y el área de su sección transversal.
Condición de Borde (CB): Disposición de nudos que determina que una o ambas zonas de borde, individualmente, la razón de área nudosa en la zona de borde (RANB) exceda del 50%.
Madera de compresión: Madera de reacción, de color generalmente pardo rojizo y consistencia dura y quebradiza que se presenta en las coníferas.
Fractura: Ruptura de la fibra de la madera, debido a un esfuerzo excesivo o de flexión.
Pecas: Rastros de acículas elípticas en la madera. Se pueden clasificar visualmente de acuerdo a la intensidad de su tono.
Acículas: Pequeñas marcas elípticas, de aproximadamente 6 mm en el diámetro mayor, presentes en la superficie de una madera.
Los nudos se estiman según sus áreas nudosas RANT y RANB; en algunos casos se usan RANI y RANNA.
Defectos permitidos en las piezas de madera: Acículas, mancha azul insuficiente para oscurecer el grano, ojos de pájaro y pecas.
calidad, que deben cumplir con lo estipulado en la normativa: NCh 2148, NCh 2150, NCh 2165. Luego se eliminan los defectos naturales de las tablas, finalmente se obtienen las piezas mediante unión bajo presión de láminas de espesor reducido, máximo de 45 mm, de Pino Radiata.
El contenido de humedad óptimo es aquel que produce la unión encolada más resistente y que se aproxime al contenido de humedad de equilibrio que tendrá el elemento laminado cuando esté puesto en servicio.
Cuando las láminas son esparcidas con el adhesivo, su contenido de humedad se incrementa; esto depende del espesor de las piezas, del tipo de adhesivo, de la especie maderera y de la cantidad de adhesivo aplicada.
Los adhesivos generalmente no producen líneas de cola satisfactorias cuando el contenido de humedad de la madera es alto. Al momento del encolado, el porcentaje de humedad debe ajustarse entre un 12% y un 17%.
Uniones de extremos: Se realizan para lograr elementos cuya longitud sea superior a la que es posible obtener de la madera comercial. Existen diversos tipos: de tope, biseladas o scarf-joint, uniones dentadas o finger-joint y hooked-scarf-joint.
Unión de canto: Se utilizan cuando se desean obtener piezas de anchos mayores a los usuales. Existen diversos tipos: de tope, machihembrado curvo, machihembrado recto, cola de milano.
El encolado de láminas se realiza con resorcinol-fenol-formaldehído o urea-formaldehído, según el uso que se le dará a la estructura o los elementos.
Las uniones de canto entre láminas se realizan por el sistema de dentado. De esta manera, con el encolado y estas uniones, se crean estructuras que pueden alcanzar grandes luces sin mayores problemas.
Métodos para realizar el esparcido del adhesivo: brochas, rodillos, pistolas o esparcidores mecánicos (encoladoras).
La mayoría de los esparcidores mecánicos tienen dos rodillos y dos recipientes que controlan la cantidad de adhesivo que se aplica a las láminas.
Existen dos tipos de esparcido: simple y doble. En el esparcido simple se encola una sola cara, y en el esparcido doble, se encolan ambas caras.
La unión de las láminas se produce con un adhesivo específicamente formulado. Los adhesivos empleados son a base de urea-formaldehído, urea-resorcinol y urea-melamina, todos de dos componentes y de curado en frío.
Los adhesivos vinílicos no son aptos para la fabricación de madera laminada estructural porque no resisten las solicitudes habituales de los elementos estructurales.
El adhesivo de urea-formaldehído es el más económico. Tiene una moderada resistencia a la rehumidificación temporal. Es utilizable en taller con temperaturas no inferiores a los 10 °C.
El mejor adhesivo para usos exteriores y más usado por fabricantes europeos es la urea-resorcinol. Este requiere una temperatura de trabajo superior y es bastante más costoso que la urea-formaldehído.
La urea-melamina es también muy resistente
e a la acción de la humedad y suele ser utilizado cuando se desea evitar las líneas de cola oscuras de la resorcinol.
Prensado: La presión a aplicar es un punto crítico. Cuando se emplea urea-formaldehído, varía entre los 10 y 15 kg/cm² y puede reducirse a 8 o 9 kg/cm² para urea-resorcinol. Es muy importante que la presión sea constante sobre todo el elemento. La temperatura normal del taller debe ser de 15 °C.
El prensado se completa mientras el adhesivo esté aún sin fraguar. El escurrimiento es un índice de que el adhesivo no se ha endurecido.
Tiempo de ensamblado: Tiempo entre el término del esparcido del adhesivo y la aplicación de la presión. Este tiempo se divide en dos:
- A) Tiempo de ensamblado abierto: Tiempo entre el término del esparcido y el contacto de dos láminas adyacentes.
- B) Tiempo de ensamblado cerrado: Tiempo entre el contacto de dos láminas adyacentes y la aplicación de la presión final.
El adhesivo expuesto al aire durante el ensamblado abierto, fragua mucho más rápidamente que un adhesivo ubicado entre dos láminas que han sido puestas en contacto inmediatamente después del esparcido.
Reapriete: Se lleva a cabo cuando se produce una pérdida de la presión aplicada a causa del escurrimiento del adhesivo.
Maduración: El tiempo de maduración tiene como objetivo lograr la estabilización higrométrica interna de las piezas encoladas y la resistencia casi definitiva del encolado. Este tiempo depende del tipo de adhesivo y de la temperatura del ambiente donde se ha almacenado, pudiendo tener una duración de días o semanas.
Elaboración: Es un proceso de despunte, canteado, cepillado y pulido del elemento estructural. Una vez que el elemento laminado tiene ya sus líneas de cola fraguadas, se procede a limpiar el adhesivo que ha escurrido a causa del prensado; se corta a la longitud requerida (despunte); se cepilla a las dimensiones especificadas y se pulen las superficies.
Clasificación Estructural Visual de la Madera
Clasificación estructural del pino radiata:
- Clasificación estructural visual: Se basa en el riguroso control de tamaño, ubicación y frecuencia de los nudos.
- Clasificación estructural mecánica: Consiste en medir el módulo de elasticidad de las piezas, por medio de métodos mecanizados y automatizados.
Cada grado estructural consiste en un agrupamiento de piezas ligeramente diferentes, pero igualmente adecuadas para el uso o aplicación prevista para ellas.
En aquellas clasificaciones destinadas a usos en los que se debe garantizar propiedades mecánicas admisibles, las normas de clasificación limitan la presencia de características con efectos reductores sobre dichas propiedades.
Para el Pino Radiata, las características de crecimiento que afectan en mayor proporción las propiedades mecánicas son la presencia de nudosidades. Para ello, se utiliza el método RAN “razón de área nudosa”, desarrollado en Inglaterra y luego adoptado por las normativas europeas y de Oceanía. Existen otros factores tales como los efectos de incorporación de médula, inclinación de la fibra, y velocidad de crecimiento. Para el método RAN, se debe escoger la sección más débil de la pieza y ver la geometría de proyección del nudo o grupo de nudos. La razón de área nudosa en las zonas de borde se llama RANB, donde se considera el más desfavorable de ambos en su valoración.
La condición de borde se produce cuando más del 50% de una zona de borde de la sección transversal crítica se encuentra ocupada por nudos.
RANB > 50: hay condición de borde
RANB < 50: no hay condición de borde
Dependiendo de la razón de área nudosa y la razón de área nudosa en zonas de borde, la madera Pino Radiata puede ser clasificada en tres categorías:
- Grado GS (Grado Selecto): El RAN fluctúa entre 20% y 33.3% y no existe condición de borde.
- Grado 1 (G1): El RAN fluctúa entre 33.3% y 50% y no existe condición de borde. También corresponde a esta clasificación, existiendo condición de borde, cuando el RAN no excede el 33.3%.
- Grado 2 (G2): El RAN fluctúa entre 50% y 66.7% y existe condición de borde.
La pieza será rechazada si presenta en su sección de área nudosa más desfavorable un RAN > 66.7%.
El prensado se completa mientras el adhesivo esté aún sin fraguar. El escurrimiento es un índice de que el adhesivo no se ha endurecido.
Tiempo de ensamblado: Tiempo entre el término del esparcido del adhesivo y la aplicación de la presión. Este tiempo se divide en dos:
- A) Tiempo de ensamblado abierto: Tiempo entre el término del esparcido y el contacto de dos láminas adyacentes.
- B) Tiempo de ensamblado cerrado: Tiempo entre el contacto de dos láminas adyacentes y la aplicación de la presión final.
El adhesivo expuesto al aire durante el ensamblado abierto, fragua mucho más rápidamente que un adhesivo ubicado entre dos láminas que han sido puestas en contacto inmediatamente después del esparcido.
Reapriete: Se lleva a cabo cuando se produce una pérdida de la presión aplicada a causa del escurrimiento del adhesivo.
Maduración: El tiempo de maduración tiene como objetivo lograr la estabilización higrométrica interna de las piezas encoladas y la resistencia casi definitiva del encolado. Este tiempo depende del tipo de adhesivo y de la temperatura del ambiente donde se ha almacenado, pudiendo tener una duración de días o semanas.
Elaboración: Es un proceso de despunte, canteado, cepillado y pulido del elemento estructural. Una vez que el elemento laminado tiene ya sus líneas de cola fraguadas, se procede a limpiar el adhesivo que ha escurrido a causa del prensado; se corta a la longitud requerida (despunte); se cepilla a las dimensiones especificadas y se pulen las superficies.
Clasificación Estructural Visual de la Madera
Clasificación estructural del pino radiata:
- Clasificación estructural visual: Se basa en el riguroso control de tamaño, ubicación y frecuencia de los nudos.
- Clasificación estructural mecánica: Consiste en medir el módulo de elasticidad de las piezas, por medio de métodos mecanizados y automatizados.
Cada grado estructural consiste en un agrupamiento de piezas ligeramente diferentes, pero igualmente adecuadas para el uso o aplicación prevista para ellas.
En aquellas clasificaciones destinadas a usos en los que se debe garantizar propiedades mecánicas admisibles, las normas de clasificación limitan la presencia de características con efectos reductores sobre dichas propiedades.
Para el Pino Radiata, las características de crecimiento que afectan en mayor proporción las propiedades mecánicas son la presencia de nudosidades. Para ello, se utiliza el método RAN “razón de área nudosa”, desarrollado en Inglaterra y luego adoptado por las normativas europeas y de Oceanía. Existen otros factores tales como los efectos de incorporación de médula, inclinación de la fibra, y velocidad de crecimiento. Para el método RAN, se debe escoger la sección más débil de la pieza y ver la geometría de proyección del nudo o grupo de nudos. La razón de área nudosa en las zonas de borde se llama RANB, donde se considera el más desfavorable de ambos en su valoración.
La condición de borde se produce cuando más del 50% de una zona de borde de la sección transversal crítica se encuentra ocupada por nudos.
RANB > 50: hay condición de borde
RANB < 50: no hay condición de borde
Dependiendo de la razón de área nudosa y la razón de área nudosa en zonas de borde, la madera Pino Radiata puede ser clasificada en tres categorías:
- Grado GS (Grado Selecto): El RAN fluctúa entre 20% y 33.3% y no existe condición de borde.
- Grado 1 (G1): El RAN fluctúa entre 33.3% y 50% y no existe condición de borde. También corresponde a esta clasificación, existiendo condición de borde, cuando el RAN no excede el 33.3%.
- Grado 2 (G2): El RAN fluctúa entre 50% y 66.7% y existe condición de borde.
La pieza será rechazada si presenta en su sección de área nudosa más desfavorable un RAN > 66.7%.