pino radiata tiene una durabilidad3.2 inferior a la madera empleada en Europa y EE.UU., pero es más impregnable y por tanto tiene mayores posibilidades tanto para modificar su resistencia a estos factores externos, como para facilitar el encolado.
La resistividad eléctrica de la madera es superior a la del hormigón, y extremadamente superior a la del acero. Por este motivo, y pese a que la resistividad térmica3.3 disminuye considerablemente al aumentar la humedad, la madera almacena una cantidad muy inferior de electricidad estática.
La conductividad térmica de la madera es 7 veces inferior a la del hormigón, y 410 veces inferior al acero. Por tanto, las necesidades energéticas de una construcción con madera son por lo general inferiores. Por otra parte, su capacidad para aislar favorece su capacidad para resistir al fuego, lo que se detalla posteriormente.
A diferencia del acero, que es un material impermeable, el coeficiente de difusión de la humedad de la madera es drásticamente superior al del hormigón. Por otra parte, la madera es un material higroscópico, lo cual significa que cede humedad cuando el ambiente está seco y absorbe humedad en caso contrario. Esto favorece generalmente el confort de los usuarios y la difusión de humedad mitiga además las condensaciones. No obstante, la humedad influye fuertemente en las propiedades mecánicas y favorece la aparición de hongos por lo que el control de esta variable es un aspecto central en la construcción con madera.
El coeficiente de expansión térmico longitudinal de la madera, es similar al del acero y el hormigón. En la dirección perpendicular a las fibras, la madera se expande 10 veces menos que estos materiales. No obstante, dado que la madera tolera deformaciones considerables en el rango elástico, la mezcla de la madera con acero y hormigón, así como las contracciones debidas a la temperatura, no suelen ser problemáticas y de hecho se suelen despreciar, dado que resultan mucho más críticos los cambios dimensionales debidos a la humedad.
A diferencia del acero, la madera y el hormigón sufren cambios dimensionales debidos a las variaciones de humedad. Los cambios del hormigón se deben fundamentalmente al proceso de fraguado. La madera también tiende a mostrar cambios significativos en el momento de la construcción, si es que las condiciones del sitio difieren considerablemente de la humedad de equilibrio en la madera, pero además cambiará de dimensiones a lo largo de su vida útil debido a las condiciones atmosféricas. De hecho, los cambios dimensionales debidos a la humedad, son muy superiores a las variaciones originadas por la temperatura. En la dirección longitudinal, la madera presenta deformaciones 250 veces superiores al hormigón, y 12.500 veces superiores en la dirección perpendicular a las fibras, lo cual tiene consecuencias importantes. La primera, es que los cambios dimensionales debidos a la temperatura se suelen despreciar en la madera, ya que por un lado tienen poca relevancia en comparación a los cambios de humedad, y por el otro, tratándose de un material flexible, no generan problemas significativos. La segunda es que aquellas piezas estructurales sometidas a cambios de humedad cuya deformación esté restringida, ya sea por estar en contacto con otras piezas, estar encoladas o compuestas con otros materiales, pueden sufrir tensiones importantes derivadas de la humedad, especialmente en la dirección perpendicular a las fibras. Esta dirección es especialmente vulnerable, debido a que los cambios dimensionales son 50 veces mayores que en la dirección longitudinal, y además las diferencias entre los ejes tangencial (T) y radial (R) ocasionan tensiones adicionales. La tercera es que, para obras de cierta envergadura tales como edificios de mediana altura, el uso de dispositivos de control de la deformación34 puede ser requerido para garantizar la estabilidad dimensional.
Actualmente el precio por metro cúbico de madera aserrada es aproximadamente un 30-35% más costoso que el hormigón, y el kilogramo de madera cuesta un 50-60% menos que el kilogramo de acero. De esta forma, y en términos generales, las construcciones con madera pueden competir en precio respecto de las construcciones con hormigón, aunque esto depende principalmente de la cantidad de armadura en hormigón, uniones metálicas, y nivel de prefabricación de la madera. Convencionalmente se ha considerado que los forjados son menos costosos en hormigón, mientras que la madera puede resultar más competitiva en columnas. Nótese en este sentido, que además del grado de prefabricación, el grado de industrialización de los productos es crucial. En Centroeuropa, donde los procesos de fabricación de la madera laminada encolada (MLE) y la madera contralaminada (CLT) están muy extendidos, el precio puede ser hasta 50% menos costoso que en Latinoamérica. El coste de las conexiones mecánicas3.4, usualmente ejecutadas en acero, también resulta muy relevante en las construcciones con madera y supone parte muy importante del coste total de la construcción. En resumen, el diseño de conexiones estructurales adecuadas y el acceso a productos industrializados, son clave para construir edificaciones con madera que puedan competir en precio con las construcciones de hormigón y acero. Las construcciones más competitivas son sin duda aquellas que mezclan distintos materiales de forma óptima.
3.2 Comparación fundamental cualitativa
En esta sección se describe una comparación cualitativa entre los principales sistemas constructivos de madera, y las construcciones con acero y hormigón armado. El resumen de la comparativa se resume en la Tabla 3.2, y las observaciones correspondientes se detallan a continuación:
1 Las estructuraciones de acero y hormigón armado por lo general son más rígidas que las de madera. Dentro de las construcciones con madera, el sistema de madera masiva tiene mayor rigidez, especialmente respecto de las fuerzas laterales.
2 La ductilidad3.5 depende en gran medida del sistema constructivo, y diseño estructural específico. También se observan diferencias en los factores de modificación3.6 y ductilidades consideradas por los distintos países para los cálculos sísmicos. Pero en general puede considerarse que los sistemas de entramado ligero en madera, hormigones con mucha armadura, y las construcciones con acero, aportan las mayores ductilidades. En segundo lugar, se situarían los entramados pesados de madera con conexiones metálicas convencionales. Por último, las construcciones de madera masiva mostrarían mayor fragilidad con las conexiones actuales. En caso de que las construcciones con madera se ejecutasen con uniones encoladas, la fragilidad de estas sería claramente superior. Existen diferencias muy considerables de ductilidad dentro de cada sistema constructivo con madera, en función del tipo de unión empleada y especialmente su diseño. Las ductilidades típicas de varios tipos de conexiones se detallan en capítulos posteriores.
3 El coeficiente de amortiguamiento efectivo de los entramados ligeros es por lo general muy superior al resto de construcciones, lo que se debe a la disipación de energía histerética que se produce en cada uno de los miles de clavos que suelen conformar estas construcciones. En regímenes cercanos al punto de cedencia3.7, los entramados ligeros tienen un damping (amortiguamiento)3.8 cercano al 15-20%, mientras que los entramados pesados y madera masiva oscilan entre 10-15%, el hormigón alrededor del 7-10% y el acero entre el 5 y el 7%. El amortiguamiento de la madera resulta muy positivo para reducir las solicitaciones dinámicas en caso de sismo o viento.
4 A diferencia del acero y el hormigón, la madera es un material inflamable, cuya inflamabilidad se incrementa con la cantidad de superficie expuesta en relación al volumen. De hecho, tal como se detallará posteriormente, la madera forma una capa carbonizada aislante externa en caso de incendio que mantiene el interior relativamente intacto por un tiempo prolongado, lo que lo convierte en un material seguro en caso de incendio. Es por este motivo, que las construcciones con madera masiva y entramado pesado tienen una resistencia al fuego muy superior a los entramados ligeros. Algunos ensayos recientes han demostrado que de ciertas configuraciones de pisos de madera masiva, ofrecen una resistencia superior al hormigón armado. Por otra parte, siendo el acero un muy buen conductor del calor, cuya cedencia disminuye drásticamente con la temperatura, resulta un material muy vulnerable. En muchas construcciones de entramado pesado, las conexiones metálicas son el punto de protección más importante a considerar.
5 Al igual que el hormigón, la madera muestra fenómenos de incremento de la deformación en el tiempo al ser sometida a tensiones prolongadas (creep), y disminución de tensiones al someterse
