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Madera laminada: Arquitectura, ingeniería y construcción sostenible
- 1. 1
- 2. 2 3 MADERA LAMINADA Arquitectura ingeniería construcción
- 3. 8 9 MADERA LAMINADA > INDICE CApItULo 1: MADERA Y EDIFICACIóN SoStENIBLE 10 - Desviación de las fibras 45 CApItULo 4: ARQUItECtURA EN MADERA LAMINADA 80 Introducción 11 - Tipo de empalme de las láminas 45 Introducción 81 1.1 Cambio climático y consumo de energía 12 - Contenido de humedad 45 4.1 Madera laminada en luces menores 84 1.2 Aporte del Bosque 14 - Efecto de duración de la carga 46 - Tipologías de entramados 85 1.3 Consumo de energía de los materiales 14 3.7 Tensiones de diseño de la madera laminada de pino Radiata 47 - Criterios para el diseño de luces menores 86 - Tensiones máximas 47 - Modulación y trama 86 CApItULo 2: EVoLUCIóN DE LA MADERA LAMINADA 19 - Límite inferior 47 - Uniones en sistemas de entramado en madera. 86 Introducción 20 - Tensiones básicas 47 - Tipos de uniones 87 2.1 Evolución de estructuras de luces mayores 20 3.8 Ventajas de la madera laminada 47 - Apoyos y Anclajes a la fundación 87 2.2 Avances tecnológicos de la madera 22 - Con respecto a la madera aserrada 47 - Uniones viga pilar 88 2.3 Arquitectura actual 22 - Con respecto al acero y hormigón 48 - Arrostramiento 89 2.4 Madera y arquitectura sustentable - Aspectos a considerar en la elección de la madera laminada en un proyecto 53 - Descripción de las tipologías pilar viga 91 2.5 Desarrollo en Chile 26 3.9 Producción de las piezas estructurales en madera laminada 53 - Viga sobre pilar 91 2.6 Panorama actual de la arquitectura en madera laminada en Chile 27 - Almacenamiento 54 - Viga contra pilar 91 - Clasificación y mejoramiento de la madera aserrada 54 - Pilares dobles y vigas continuas 92 CApÍtULo 3:tECNoLoGÍA DE LA MADERA LAMINADA 30 - Producción de las láminas 54 - Sistema doble viga y pilar continuo 92 Introducción 31 El adhesivo 54 - Encuentros y uniones 93 3.1 Definición de conceptos 32 Unión endentada 58 - Arrostramiento 94 3.2 Tipos de laminación y piezas que se pueden fabricar 32 - Fabricación de los elementos estructurales 60 - Casos nacionales en sistemas de pilar y viga en madera laminada 94 - Tipo de laminación 32 Tolerancias 60 4.2 Madera laminada en luces mayores 95 - Piezas que se pueden fabricar 33 Humedad de las láminas 62 Introducción 95 3.3 Clasificación estructural del pino Radiata 34 Espesor de las láminas 62 - Tipologías estructurales de luces mayores 96 - Mecánica 34 Grado estructural 63 - Sistemas Planares 96 - Visual 35 Cepillado de las láminas 63 - Sistemas Espaciales laminares o cáscaras 97 3.4 Características físicas del pino Radiata 35 Encolado 64 - Sistemas de Entramados Espaciales 97 - Peso específico 35 Prensado y desprensado 65 - Criterios para la definición del sistema estructural 100 - Inercia química 35 Fraguado 68 - Conductividad térmica 36 Terminación 69 - Resistencia al fuego 36 Protección de los elementos 70 - Dilatación térmica 37 Marcado e identificación 72 - Conductividad acústica 37 - Empaque y despacho 73 - Durabilidad 37 3.10 Control del proceso de fabricación 73 3.5 Propiedades mecánicas de la madera aserrada 38 3.11 Clasificación por aspecto de los elementos laminados 73 - Propiedades resistentes 40 - Clase arquitectónica 73 - Factores incidentes sobre la variabilidad de las propiedades mecánicas 42 - Clase comercial 74 3.6 Resistencia y rigidez de los elementos estructurales de la madera laminada 44 - Clase industrial 74 - Grado de calidad de la lámina 44 Bibliografía 75 - Nudos 44 Anexos 76
- 4. 10 11 CApItULo 5: DISEÑo EStRUCtURAL DE ELEMENtoS 102 - Ejemplo de cálculo de una placa basal de un conector zapato 141 CApÍtULo 7: GEStIóN DE CALIDAD 190 CApItULo 8: pRESENtACIoN DE CASoS NACIoNALES 208 Introducción 103 - Uniones madera-madera 142 Introducción 191 Introduccion 209 5.1 Consideraciones técnicas y legales 104 - Ejemplo de cálculo de pilares compuesto 143 7.1 Conceptos generales relacionados con la Gestión de Calidad 192 8.1 Bip Computers 210 5.2 Elementos más utilizados 106 - Uniones con tornillos doble rosca 144 - Concepto de calidad 192 8.2 Matucana 100 212 - Rectos constantes 106 - Uniones con piezas metálicas ocultas 145 - Los sistemas de calidad 192 8.3 Barricas Nadalie 214 - Rectos variables 107 - Uniones con piezas metálicas a la vista 146 - Normas referidas a la calidad 193 8.4 Viña Perez Cruz 216 - Curvos constantes 108 - Uniones clavadas 147 - Gestión de Calidad 194 8.5 Aeropuerto Atacama 218 - Curvos variables 108 - Arriostramientos 148 7.2 Documentación del sistema de gestión de calidad 195 8.6 Packing Greenwich 220 - Elementos especiales de doble curvatura 108 - Jambas 149 Manual de Calidad 196 8.7 Colegio Padre Hurtado 222 - Características geométricas de los elementos 109 5.7 Medidas preventivas para el diseño y la buena ejecución 150 - Manual de procedimientos 196 8.8 Vitra 224 5.3 Medios de uniones y anclajes 111 - Plan de control de calidad 197 8.9 Hotel Spa Isla de Pascua 226 - Pernos de anclajes 111 CApItULo 6: MoNtAJE DE EStRUCtURAS 156 - Control de no conformidad 197 8.10 Puente Peatonal Zapallar 228 - Tirafondos 112 Introducción 157 - Acciones correctivas y preventivas 197 - Clavos 112 6.1 Orígenes del montaje 158 7.3 Costos y beneficios de la aplicación de un sistema de calidad 198 BIBLIoGRAFIA 230 - Pernos 113 6.2 Montaje actual 161 - Costos de prevención 198 CREDItoS FotoGRÁFICoS 232 - Conectores de hinca 114 - Consideraciones previas 161 - Costos por evaluación 198 - Colgadores industrializados metálicos 115 - Actividades Iniciales de obras 162 - Costos por defectos 198 - Tornillos de doble rosca auto perforante 116 - Planificación de Montaje 163 - Beneficios de la aplicación de un Sistema de Gestión de Calidad 198 5.4 Fórmulas, diagramas de vigas, pórticos y marcos típicos 118 - Selección de Equipos 163 7.4 La calidad en los proyectos de una estructura de grandes luces 199 5.5 Criterios de diseño para el cálculo 125 - Elementos de apoyo 165 7.5 Calidad en los procesos de construcción 200 - Ejemplo de diseño estático de viga techumbre 125 - Transporte, carga y descarga 166 - El Control de Calidad en los Procesos Productivos 200 - Verificación de sección de la viga 126 - Procedimientos y métodos del montaje 168 - Control de los Proveedores 201 - Verificación de costanera 127 - Verificaciones geométricas, replanteo, colocación de herrajes y medios de unión 168 • Establecer los criterios de evaluación del proveedor 201 - Cálculo de herraje basal de la viga principal 128 - Traslado de elementos en la obra 171 • Establecer proceso de evaluación de los proveedores 201 - Cálculo herraje costanera 128 - Montaje de elementos 171 • Criterios de calificación 201 5.6 Uniones Tipos 129 Pilares y columnas 172 • Criterios de calificación: 201 - Unión basal 129 Vigas rectas 173 • Calificación de proveedores 202 - Cálculo herrajes, apoyo basal 131 Arcos y marcos 174 • Vigencia de la calificación del proveedor 202 - Uniones de momento 132 Estructuras especiales 176 - Calidad de los materiales de construcción 202 - Cálculo de Unión de momento en viga pilar 132 Arrostramientos 177 • Materiales tradicionales 202 - Empalmes de vigas 134 Costaneras 178 • Materiales de fabricación industrial 202 - Uniones con placas paralelas, en zeta y en te 135 Cadenetas 180 7.6 Controles necesarios en la producción de una viga 205 - Soluciones de vigas continúas según Gerber 136 - Estructuras prefabricadas 180 - De materiales 205 - Uniones de Cumbrera 137 - Situaciones especiales 182 - De procedimientos según especificaciones técnicas 205 - Apoyos de vigas 140 - Consideraciones especiales 182 - De terminación de la viga 206 6.3 Prevención de riesgos 184 6.4 Reparaciones de elementos 186
- 5. 12 13 MADERA Y EDIFICACIóN SoStENIBLE > CApItULo 1 Debido al acelerado cambio climático –aumento importante de la temperatura media de la tierra1–, se observa la tendencia de incentivar a nivel internacional y en algunos casos, incluso de exigir, el uso de materiales sustentables en la construcción.Y es en este ámbito, donde la madera tiene un importante rol que desempeñar, por ser un material completamente renovable y de bajo gasto de energía en su producción. Por ello, a pesar de la existencia de materiales imperecederos como hormigón, acero y otros, hoy se observa un auge del uso de la madera aserrada y laminada encolada en elementos estructurales, de revestimientos, muebles y decorativos. Libros y revistas de arquitectura han dedicado ediciones completas a exponer las características, los avances tecnológicos, innovaciones, posibilidades y ventajas que ofrece la madera como material ecológico a los diseñadores. También se han instaurado premios internacionales de arquitectura en madera como el “Espíritu de la Naturaleza”2, cuyo objetivo es impulsar a nivel internacional una preocupación cada vez mayor por una arquitectura sostenible3 que utilice la madera como material principal. Si bien existen diferencias de opinión acerca de las causas del cambio climático, hay evidencias claras que desafían 1 El aumento de la temperatura media de la tierra, sería producto a los profesionales del área de la arquitectura, ingeniería de la actividad humana, que genera el incremento en la concentración atmosférica de gases de efecto invernadero tales y construcción, a construir la ciudad, los edificios y su como CO2, metano y otros. 2 Finlandia instauró en 1999 la distinción anual “Spirit of Nature, posterior demolición, reduciendo las emisiones de CO2 y Wood Architecture Award”, a través de la asociación Puu culturiza (la madera en la cultura). el consumo de energía fósil. También el funcionamiento de 3 La Comisión Brundtland (1987) define el desarrollo sostenible como aquel “que satisface las necesidades del presente sin estas construcciones tiene que adecuarse a esta política. comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades”.
- 6. 18 19 nable Materials Institute de Canadá. Este investigó el impacto de emisiones de CO2. Por ello, el consumo de madera es ambiental que originaba una casa de 223 metros cuadrados considerado en la actualidad, como un bien ambiental, ya que usando tres tipos de materiales estructurales tales como vigas almacenar carbono en forma de celulosa15, es sin duda alguna, de madera, metálicas y de hormigón. uno de los caminos para reducir el calentamiento global. Impacto Ambiental de Casa Construida en tres Materiales En el caso de la madera laminada –tema central de este libro–, Torre de Observación de Pájaros. Arquitectos Gerkan Marg und Partner. Alemania 2006. Estructurales se podría pensar que debido a que el producto requiere mayor Instituto Atenha, Canadá tecnología en su elaboración que la madera aserrada, dejaría Madera Acero Hormigón de ser conveniente para disminuir las emisiones de CO2 en la Energía (Gj) 255 389 562 construcción. Sin embargo, en la comparación del Análisis del Recursos usados (kg) 121.804 138.501 234.996 Ciclo de Vida con otros materiales aptos para ser usados en Calentamiento global potencial (kg CO2) 62.183 76.453 93.573 Volumen de toxicidad crítica del aire 3.236 5.628 6.971 estructuras de grandes luces –tales como hormigón y acero–, Volumen de toxicidad crítica del agua 407.787 1.413.784 876.189 la madera laminada presenta grandes ventajas y sigue siendo Desechos sólidos (kg) 10.746 8.897 14.056 un material de construcción amigable con el medio ambiente. El cuadro superior muestra la comparación de los seis parámetros estudiados, cuyos Esto se debe a que tanto la materia prima como los residuos Edificio BIP Computers. Santiago 2007. Un ejem- plo de uso de la madera para una construcción resultados muestran siempre a la madera como el material de construcción más del material, son reciclables en su totalidad. sostenible, como es este edificio de 3 pisos. ecológico y menos contaminante. Se puede decir que de la comparación de factores del Análisis La investigación concluye que la madera necesita una menor del Ciclo de Vida de los materiales, el comportamiento medio- cantidad de energía para su transformación frente al acero y el ambiental de la madera es superior al de otros productos hormigón; que requiere menos materia prima para elaborar el empleados en la construcción, debido a que es natural, renova- mismo producto; emite menor CO2 en su fabricación y conta- ble, biodegradable, reciclable, y un excelente aislante térmico16. mina menos el aire y el agua, pero genera una mayor cantidad No es tóxico, además fija CO2 durante su crecimiento y tiene de residuos sólidos que los metales. Sin embargo, esto último un menor gasto energético en su producción. Por otra parte, no constituye un problema, por ser la madera un material requiere menor energía para la producción de las estructuras biodegradable. y reduce los residuos sólidos generados en su producción y al construir con ella, así como la contaminación del agua. Por Hoy día está ampliamente demostrado que el uso de madera estas razones es que en los últimos 15 a 20 años, se observa 15 La celulosa es un buen almacenador de carbono, además de muy estable, renovable en la construcción, certificada, convenientemente en los países desarrollados un notable aumento en el uso de resistente y difícil de destruír, por lo que se considera su almacenamiento como permanente en el tiempo. tratada y con un diseño cuidadoso para asegurar su dura- madera aserrada y laminada en edificios de uso público. 16 Romero, A. “La madera el material de construcción más ecológico y ción en el tiempo, contribuye notablemente a la disminución menos contaminante”, en http://www.jmcprl.net/ART%20%20PDF/ PRENSAyRED%5Cmadera.pdf
- 7. 20 21 EVoLUCIóN DE LA MADERA LAMINADA > CApItULo 2 INtRoDUCCIoN La madera, junto a la piedra, es uno de los materiales que el hombre ha usado desde sus primeras construcciones. La necesidad de salvar distancias importantes como el cauce de ríos, quebradas o simplemente construir es- tructuras de techumbres para cubrir los edificios, lo hacen inventar variadas formas. Con tal propósito, desarrolla a través de los siglos, diversas técnicas para superar las limitaciones que las características naturales del árbol han impuesto a los elementos estructurales que se pueden obtener con madera. Es así como creó una serie de métodos y formas de uniones, que le permi- ten prolongar los elementos naturales y obtener mayor libertad en el dise- ño. Mediante elementos mecánicos artesanales tales como tablas o tirantes, zunchos metálicos, clavos, pernos, tarugos y otros –que irá perfeccionando con el tiempo–, produce elementos estructurales que salvan luces mayores a 10 metros. 2.1 EVoLUCIóN DE EStRUCtURAS DE LUCES MAYoRES EN MADERA Durante el medioevo y luego en el Renacimiento, se desarrollan es- tructuras en madera para salvar luces mayores en templos1 y edificios de uso público. Se incursiona en la construcción de elementos estruc- turales prelaminados, mediante la superposición y unión de maderas de tope. Philibert De L’Orme2 publica en su libro “Nouvelle Inven- tiones...” un modelo de arco prelaminado empleado posteriormente en la reconstrucción de la cúpula del convento de Montmartre en París, el que tiene entre 50 y 60 m de diámetro3. Otro de los casos 1 Las construcciones en madera tuvieron un importante desarrollo durante el Imperio más antiguos que se conoce en Europa alcanza los 14.35 m y se trata Romano, especialmente en las cubiertas de las basílicas paleocristianas. de una viga recta estructural, conformada por cuatro elementos de 2 Arquitecto francés, gran maestro del Renacimiento, es autor de los tratados madera ensamblada, unida y reforzada por zunchos metálicos clavados, “Nouvelles inventions pour bien bastir et à petits frais “ (1561) y “Le premier tome de construida para cubrir la cubierta de la Municipalidad de Amsterdam. l’Architecture “(1567). 3 Müller, Christian: Dissertation zun Thema “Entwicklung des Holzleimbaues unter besonderer Berücksichtigung der Erfindung von Otto Hetzer - ein Beitrag zur Geschichte der Bautechnik”. Pag.12 y 13.
- 8. 22 23 Para lograr la indeformabilidad de la estructura, se introduce zada es otro de los avances importantes de la época para las del aumento en el uso de la madera laminada, gracias al descu- el concepto geométrico del triángulo, desarrollando estructuras construcciones con madera. Sin embargo, se produce una nota- brimiento de un adhesivo sintético apropiado para la unión de planares como cerchas u otras formas similares, ampliando con ble disminución del uso de la madera como material de cons- tablas de madera, el cual patentó en 1901, y en la que se trataba ello las posibilidades de cubrir luces mayores, libres de apoyos trucción, al tener que competir con nuevos materiales como el método de la fabricación y construcción de vigas rectas com- intermedios. Este es el caso de la evolución de los sistemas es- acero y hormigón. puestas de varias láminas, unidas entre sí con un adhesivo sobre tructurales en madera para cubiertas desarrollados en Suiza, la base de caseína y cal pulverizada. En 1906 obtiene la patente Alemania y otros países, según ilustraciones del año 1900 . 4 A fines del siglo XIX y principios del XX, se inicia en Europa el para elementos curvos. Posteriormente, entre 1909 y 1919, se Domo de Tacoma, EE.UU. 1983. Estructura que cubre una luz de 161.5m. desarrollo de la madera laminada encolada (MLE), apareciendo construyen en madera laminada encolada las primeras obras Otros ejemplos del desarrollo de estructuras para salvar dis- ésta como una nueva manera de aumentar el tamaño de los ele- más importantes de Europa: en Suiza, Dinamarca, Italia, Finlan- tancias mayores al largo del tronco, son la de los puentes, entre mentos estructurales y con ello las libertades de diseño. El salón dia6 y Suecia7. Estas utilizan el sistema denominado “Estructura Sección y vista lateral de la viga prelaminada de 14.35 metros, usada en la Municipalidad de Amsterdam. los que se pueden mencionar el que cruza el río Limmat en King Edward College en Southampton, Inglaterra, es considerada Hetzer” un proceso industrializado, designado en Suecia como Salón de reuniones King Edward College, Inglaterra, 1860. Considerada una de las primeras estructuras construida en MLE de Europa. Wettingen, Suiza, construido en 1766 por los artesanos Gruben- una de las primeras estructuras en madera laminada construidas Estructuras Töreboda . 8 mann; Ivry en Francia, construido en 1828 por el ingeniero H.C. en Europa. Este singular edificio fue levantado en 1860 y no se 5 el diseño, por la posibilidad de salvar grandes luces con vigas o Emmery y el que cruza el río Elba en Wittemberge, Alemania conoce ningún otro que fuera diseñado a partir de este modelo. Años más tarde, Max Hanisch –antiguo socio de Hetzer en arcos de gran longitud y altura. De igual modo, se llega a cubrir edificado en 1850. Weimar–, introduce la madera laminada encolada a los Estados grandes luces con pequeños elementos de madera laminada Salón de reuniones King Edward College, Inglaterra, 1860. Con- Unidos desde Europa. En 1934 se construye el primer edificio dispuestos de manera de conformar sistemas espaciales lami- Con la revolución industrial se desarrolla la tecnología del ase- siderada una de las primeras estructuras construida en MLE de con este material, se trata de un gimnasio con marcos rígidos Puente sobre el río Limmat en Wettingen, Suiza. Cubre una luz de 61m Estructura tipo cáscara. Multihalle de Mannheim 1975. Frei Otto nares como el caso del Domo de Tacoma en Seattle, Estados con una estructura sobre la base de 2 arcos prelaminados, construido rrado, obteniéndose piezas de madera de pequeñas escuadrías Europa. de 19.50 m de luz para una escuela en Pesthigo9. y Buro Happold. entre los años 1764- 1766. Unidos, que salva una luz de 161.5m11 sin apoyos intermedios. –más exactas y variadas–, producto del perfeccionamiento del sistema de corte. La fabricación de clavos en forma industriali- Otto Hetzer (1846-1911) será en parte el gran responsable Debido a las restricciones impuestas al uso del acero como Otra ventaja que se desarrolló con el tiempo, fue la posibilidad material de construcción, junto con la necesidad de eficiencia de que en un mismo elemento, se puedan seleccionar y dispo- estructural y ahorro de material requeridos durante la Segunda ner piezas de distintas características estructurales y estética- Guerra Mundial, se impulsaron las construcciones de madera mente libres de defectos superficiales, según la necesidad. 5 Infiormationszentrumholz:Brettschichtkonstruktionen, en Dissertation zum Thema: laminada encolada tanto en Europa como en Estados Unidos. En Entwicklung des Holzleimbaues unter Berücksichtigung der Erfindung von Otto Hetzer – ein Beitrag zur Geschichte der Bautechnik”, Autor: Dial.-Ing. C. Müller . esta época se construyen aviones, hangares, bodegas y otros10. Pág. 23 Desde los años 80, se han desarrollado en centros de inves- 6 A partir de la nueva tecnología del laminado, Alvar Aalto, mayor exponente de la arquitectura racionalista finlandesa, desarrolla el mobiliario en madera microlamina- tigación de Europa Central –especialmente Alemania, Suiza y da curvada para el Hospital de Paimo en 1929. El desarrollo de elementos estructurales a partir de piezas de 7 En 1919 existían en Europa, -especialmente en Suiza-, más de doscientos edificios Puente sobre el río Ivry, Francia, construido en 1828, por el ingeniero Austria–, diferentes tipos de estructuras espaciales mayores, en- H.C. Emmery. Cubre una luz de 22m con prelaminado curvo unido madera de menor tamaño debidamente encoladas y prensa- construidos en estructura de madera laminada bajo la licencia de Otto Hetzer. 8 En 1919 se instala en Töreboda, Suecia, la empresa “AG Tragkonstruktion” , que con zunchos metálicos y baranda, diseñado con triángulos para lograr la tre las que se pueden mencionar las del tipo cáscara, como las das, permite la obtención de secciones imposibles de lograr construye estructuras de madera laminada encolada, bajo licencia de Otto Hetzer. indeformabilidad del elemento. 9 Op. Cit. Müller, Ch. Pág.16. gridshell o en parrillas; las trianguladas tridimensionales y las tipo con madera aserrada. Este proceso posibilita un mejor aprove- 10 Arriaga M., Francisco: “Estructuras de Madera”, en Revista Tectónica 3. Pág. 7. Puente sobre el río Elba, en Wittemberge. Año arbóreas. 11 Arriaga, F.: “La cúpula de Tacoma, Washington”, en: http://www.infomadera.net/ 4 Warth, O.: Allgemeine Konstruktionslehre. Die Konstruktion in Holz. J.M. Gebhardt’s 1850. Cubre una luz de 55m entre apoyos. chamiento y optimización del material, como mayor libertad en uploads/articulos/archivo_1700_22913.pdf?PHPSESSID=36be6c3ad48ee385d8984 Verlag. Leipzig 1900. Págs. 43 y 45. 402712b8ab9
- 9. 26 27 Casos construidos en los últimos años en Europa, Norteamé- rica, Japón y otros países, confirman que el uso de la madera aserrada y laminada, permite gran libertad formal y espacial al arquitecto, ofreciendo resultados asombrosos e innovadores, Centro Cultural Jean Marie Tjibeau. Nueva Caledonia. Arquitecto Renzo Piano. además de introducir nuevas aplicaciones impensadas hasta Vista exterior de la Capilla Construcción de The Chatedral of Christ the Light / Skidmore, Owings & hace muy poco tiempo, tales como edificios con marcos de ma- Saint Benedict. Suiza 1989. Merrill LLP. Oakland 2008 16 Arquitecto Meter Zumthor. dera laminada de hasta 6 pisos, su uso en quiebrasoles, muros de madera maciza, gran variedad de pieles interiores y exteriores, Diversas obras aprovecharon los avances tecnológicos de la edificios de volúmenes con forma geométrica de gran abstrac- entre otros. madera aserrada y laminada y los nuevos productos derivados ción, con una estética minimalista, muchas veces inspirada en el de ella, desarrollando las posibilidades del material al máximo. legado del movimiento de vanguardia racionalista de principios Entre uno de los ejemplos contemporáneos del uso de madera Marcos rígidos de madera laminada. Casa Roja, Noruega. Esta arquitectura es reflejo de la intención de romper con lo del XX. Se caracterizan por ser diseñados de manera refinada, laminada en estructuras de luces menores, se puede mencionar tradicional, de experimentar con las posibilidades que ofrece la estar libres de detalles superfluos y por estar cubiertos con la Casa Roja construida en Noruega y la Academia Mossbourne madera, creado diseños novedosos, que hacen de ella uno de revestimientos de madera en distintos sentidos, reforzando la en Londres. los materiales más interesantes y modernos en la actualidad. Son apariencia física de la piel del edificio. Estas obras son testimonio de que la madera –tantas veces asociada a formas tradicionales artesanales– crea una imagen, donde la arquitectura presenta simultáneamente un ambiente acogedor con un material indiscutiblemente contemporáneo. No cabe duda alguna que el material está desempeñando otra función además de la estructural. Una red de poliedros irregulares, construida con elementos de madera laminada y conectores metálicos, conforman la estructura y envolvente exterior18. Interior de la Capilla Saint Benedcit Sumika Pavilion, Pabellón para actividades culturales. Tokio Interior de Cathedral of Christ the Light / Skidmore, Owings & Merrill LLP. 18 Fotografias: galchonok via flickr. noticiasarquitectura.info Japón. Arquitecto Toyo Ito y Associates. Año 2008 Oakland 2008 16 16 © Fotografias: galchonok via flickr. Noticiasarquitectura.info
- 10. 32 33 TECNOLOGÍA DE LA MADERA LAMINADA > CAPITULO 3 INTRODUCCION En Chile, en general la tecnología de la madera laminada, ha sido poco difundida en los centros de enseñanza y en los medios escritos técni- cos. Esto ha contribuido a que los diseñadores no tengan fácil acceso al conocimiento de las cualidades de este material para ser aplicado en proyectos de arquitectura, ingeniería y construcción. Es necesario ampliar los conocimientos acerca de las múltiples posi- bilidades que ofrece este material, que en los países desarrollados se aplica en diversos tipos de proyectos desde el siglo pasado. El desarrollo tecnológico actual de la madera laminada, permite ob- tener una infinidad de elementos estructurales de diversas secciones, longitudes y formas, que el diseñador debe conocer para aplicar exi- tosamente en sus proyectos.
- 11. 34 35 3.1 DEFINICIóN DE CoNCEptoS terial estructural, su apariencia estética, facilidad para encolarla, su bajo Madera laminada con una sección transversal en la que todas las lámi- Según la NCh 2151.Of2009 ”Madera laminada encolada estructural peso, facilidad de secado, trabajabilidad y permeabilidad, entre otras. nas son de la misma calidad (clase resistente), y de la misma especie. - Vocabulario”, es necesario recordar la definición de algunos térmi- - tipos de laminación LAMINADA COMBINADA nos como: • Según la disposición de las láminas: Madera laminada con una sección transversal en la que láminas in- teriores y exteriores son de calidades diferentes (clases resistentes). Elementos rectos que se utilizan como vigas para la estructura de techumbre, - Lámina: capa de madera en un elemento laminado. Puede estar HORIZONTAL en un mercado al intemperie formado por varias piezas unidas por sus cabezas y/o cantos, ex- Pieza de madera laminada sometida a flexión en la que las láminas se piezas que se pueden fabricar tendiéndose a todo el ancho y longitud del elemento. disponen paralelas al plano neutro de flexión. - Elementos rectos de sección constante, independiente de la forma de la sección transversal, tales como: rectangular, te, doble te VERTICAL - Laminación: proceso de unir las láminas con adhesivo y que incluye la preparación de las láminas, preparación y esparcido del adhesivo, La madera laminada como material otorga la posibilidad de diseñar ensamblado de las láminas en paquetes, aplicación de presión y Elementos rectos de sección variable maduración. Sección de una pieza laminada de mayor ancho, definida por dos láminas contiguas, por necesi- dad de proyecto - Madera laminada encolada estructural: producto que resulta de la unión, mediante adhesivos, de piezas de madera clasificadas estruc- turalmente a través de sus caras, extremos y cantos, para formar elementos no limitados en escuadría ni en longitud y en los que las fibras deben quedar longitudinalmente paralelas entre sí y que fun- ciona como una sola unidad estructural. En las imágenes siguientes, Elemento curvo de sección constante a modo de ejemplo se muestran la conformación de dos secciones. Pieza de madera laminada sometida a flexión en las que las láminas se 3.2 tIpoS DE LAMINACIóN Y pIEzAS QUE SE pUEDEN FABRICAR disponen normales al plano neutro de flexión. - MADERA A UTILIZAR elementos de diferentes formas, según el proyecto arquitectónico, ta- Las especies madereras generalmente usadas, son las coníferas, de • Según el grado estructural de las les como: de curvatura simple, de doble curvatura, triangulares, cón- Elementos de formas especiales gran abundancia en los países desarrollados. En Chile, la conífera uti- láminas: cava, convexa y otras. lizada es el Pino radiata, especie abundante, con propiedades aptas Pieza recta laminada conformada por el ancho de una lámina, unida por sus caras y para su producción, de rápido crecimiento y bajo costo competitivo. LAMINADA HOMOGéNEA extremos Otros elementos estructurales de gran aplicación y muy eficientes, bi articulados o triarticulados, que dependiendo de la luz a salvar, que se logran con laminaciones más delgadas y que pueden adoptar pueden presentar limitaciones por dificultad en el transporte, debido Sus características principales son: la posibilidad de utilizarla como ma- una forma cercana a su diagrama de momento flector, son los arcos a sus elevadas dimensiones. Elementos de sección variable utilizadas como vigas en la estructura de techo en estaciones de ferrocarril
- 12. 36 37 calidad con el Grado A. Cuando una pieza ya clasificada se reprocesa le aplica carga y en este mismo punto se mide la deformación, como Una vez clasificada la pieza se procede a marcar con un timbre, en longitudinalmente o se corta en longitudes menores, debe aplicar- se muestra en la Figura 1. el que se debe especificar: identificación de esta norma, grado en el se una nueva clasificación. Las especificaciones que la norma NCh cual quedó clasificada la pieza, y método utilizado para la clasificación 2150Of.1989 Mod.1991 entrega, son válidas sólo para elementos Si la deformación es mayor que la mínima asignable, a un grado deter- Elementos curvos compuestos 3.4.- CARACtERÍStICAS FÍSICAS DEL pINo RADIAtA con laminación horizontal. Para elementos con laminación vertical, las minado, significa que hay un defecto y la pieza se desecha. piezas de madera deben clasificarse con las reglas establecidas para - peso específico madera aserrada, según la norma NCh 1207 Of.20052. En la Tabla Nº 1, se incluyen los módulos de elasticidad para cada Característica física, que se relaciona con la densidad básica5, siendo uno de los grados de una clasificación estructural mecánica de una de las principales propiedades de la madera para ser utilizada En el Anexo Nº I,Tabla 1 de la norma NCh 2150Of.1989 Mod.1991, madera aserrada que será usada en la fabricación de elementos como material de construcción. El valor medio de la densidad del se exponen las especificaciones de los Grados A y B, según el méto- laminados. Figura 1 Esquema del principio de clasificación estructural pino Radiata varía entre 390 a 450 kg/m3 (según contenido de hu- mecánica. Solución de arcos que se entre cruzan do de clasificación, ya sea mecánica o visual. medad). 3.3 CLASIFICACIóN EStRUCtURAL DEL pINo RADIAtA El módulo de elasticidad aparente de cada pieza de madera ase- - Mecánica Para la fabricación de las láminas es necesario clasificar la madera por rrada se determina de acuerdo a las especificaciones de la NCh Comparando esta densidad respecto de soluciones constructivas En la clasificación mecánica, se somete la pieza de madera, al ensayo a resistencia o por aspecto, de acuerdo a la norma NCh 2150 Of 1989 2149Of.19893 (Tabla Nº1) de otros materiales, la relación entre el valor unitario de la madera Traslado de piezas laminadas en forma de arco, con transporte la rotura, sin embargo, no es un método que siempre se utilice debi- especializado Mod.19911, con un contenido de humedad no mayor que 16%. Es laminada y los valores de densidad de una estructura de acero se do a su alto costo y al gran porcentaje de pérdida que genera. En este Módulo de elasticidad aparente de decir, se debe verificar que sus propiedades sean las adecuadas para Clases cada pieza de madera aserrada, obtiene una relación de 15 y para el hormigón armado es de 5.0 caso es de gran utilidad la relación entre el módulo de elasticidad y la resistir las cargas de diseño en las condiciones de servicio, de acuerdo Ef, en MPa aproximadamente. deformación de la madera dada por la carga. El sistema consiste en al grado estructural deseado. Grado A Ef ≥ 9.000 hacer pasar las tablas por tres rodillos de apoyo; el rodillo del centro Grado B 9.000 > Ef 3 ≥ 4.000 Lo anterior permite diseñar y ejecutar fundaciones menos profundas Tabla Nº1 Módulo de elasticidad para los grados definidos al usar una y de menor superficie, sin mayores exigencias estructurales, favore- clasificación estructural mecánica ciendo con ello los suelos de mediana y baja capacidad de soporte. Clasificación de la madera en fábrica - Visual Además, como consecuencia de una menor densidad, el comporta- Se procede a inspeccionar visualmente la pieza de madera y median- miento de la estructura a la acción de los esfuerzos dinámicos exter- te la clasificación de las superficies, como caras, cantos y cabezas, de nos, que se pueden presentar en cualquier instante, como viento y acuerdo a los defectos que ellas presentan, y su grado de incidencia sismo, es superior. Estructura conformada por vigas bi-artculadas como solución de techumbre para determinar así la clasificación correspondiente. El Anexo I, mues- - Inercia química6 tra la Tabla 3 “Especificaciones para los Grados definidos al usar una En términos generales la composición química de la madera es 3 NCh2149 Of.1989 “Madera - Madera aserrada – Determinación del módulo de elasticidad en flexión – Método oficial de ensayo no destructivo”. clasificación estructural visual”, NCh2150Of.1989Mod.1991. la siguiente: 4 NCh992EOf.1972 “Madera – Defectos a considerar en la clasificación, terminología y métodos de medición”. Carbono 50 %; Hidrógeno 6%; Oxígeno 43% ; Nitrógeno 1%; 5 Densidad básica: Relación de la masa anhidra de la madera y su volumen con 1 NCh 2150Of1989 Mod.1991 “Madera laminada encolada – Clasificación mecánica y La forma de clasificar cada pieza de madera antes de ensamblarla Las definiciones y la forma de cuantificar los defectos se debe hacer humedad igual o superior al 28% visual de madera aserrada de pino Radiata” Cenizas 0,5 %, de lo que resulta un hidrato de carbono parecido 6 Inercia química: es la propiedad de las especies químicas de no reaccionar 2 NCh 1207 Of.2005 Pino radiata – Clasificación visual para uso estructural – es marcarla con el Grado A o B, identificando a la madera de mejor Estructura conformada por piezas de madera laminada que conforman la nave de acuerdo con la norma NCh 992 EOf.19724. químicamente. Es la poca tendencia de una especie química a reaccionar Especificaciones de los gradaos de calidad. central de un galpón industrial al almidón. químicamente con otras.