una capa de compresión de hormigón. Son principalmente usados en forjados, aunque también pueden usarse en muros.
Wood plastic composites (WPC, compuestos de madera-plástico)
Los compuestos de madera plástico suelen estar formados por aproximadamente 50% de restos de aserrín mezclados con un 40% de termoplástico y 10% de agentes químicos, fundamentalmente compatibilizadores que mejoran la adhesión de la madera al plástico y substancias que facilitan la manufactura. Los termoplásticos, a diferencia de los plásticos termoestables, son plásticos que reblandecen con la acción del calor y se endurecen al enfriar de forma reversible, lo que permite fundirlos y mezclarlos con los restos de madera para su fabricación mediante procesos de inyección, extrusión y compresión en moldes. El plástico puede ser normal (derivado del petróleo), reciclado o bioplástico (extraído de aceites vegetales), siendo estos 2 últimos mucho más sustentables. Las propiedades positivas por las cuales se emplean estos productos son básicamente durabilidad y estabilidad dimensional superior. Siendo las principales aplicaciones la elaboración de elementos de fachada, elementos muy expuestos, pasarelas en ambiente marino e incluso piezas interiores de automóviles.
| figura 4.8 Principales productos compuestos de ingeniería de madera habitualmente empleados en la construcción. |
Las principales desventajas de los WPC son una pronunciada reología (creep) propia de los termoplásticos (muy sensibles a la temperatura) y reducida capacidad estructural, por lo que su uso en la práctica es mayormente no-estructural o semi-estructural. La capacidad estructural puede ser incrementada sustancialmente al emplear fibras en lugar de aserrín, producto que habitualmente es más referenciado con el término compuestos reforzados con fibras naturales (Natural Fiber Reinforced Polymers, NFRP) en lugar de WPC, aun cuando las fibras que se emplean son de madera. La determinación de las propiedades físicas y mecánicas de estos compuestos se realiza en Chile según la norma NCh3177:2008.
Natural Fiber Reinforced Polymers (NFRP, compuestos reforzados con fibras naturales)
Estos compuestos son similares a los anteriores, con la excepción de que los compuestos celulósicos suelen ser fibras en lugar de partículas y el polímero suele ser de tipo de epoxi. Pese a que se pueden emplear fibras de madera, es muy habitual emplear fibras de otros vegetales de gran disponibilidad y resistencia tales como el lino o el cáñamo. El precio y las prestaciones mecánicas de estos compuestos son superiores a los anteriores. Las aplicaciones estructurales de este tipo de fibras son predominantemente en ingeniería mecánica (p.ej. para fabricación de partes de vehículos), pero no tanto en ingeniería civil, aunque también han sido probados efectos positivos en infraestructura, como por ejemplo para el refuerzo de estructuras de hormigón.
Placas de yeso cartón (drywall, gypsum board, durlock, volcanita)
Es un compuesto no estructural que habitualmente consiste en un elemento tipo sándwich formado por una placa de yeso laminado (interno), el cual resiste relativamente bien las compresiones, y dos capas (externas) de celulosa que aportan flexibilidad a flexión. Una variante también posible es en lugar de formar un material por capas, constituir un compuesto de yeso con fibras de celulosa. En estructuras de madera se emplea fundamentalmente para el revestimiento (interior y en la mayoría de países también exterior) con el fin de aportar resistencia al fuego. La resistencia al fuego de este compuesto es, relativamente a su espesor, muy elevada si se instala sin fisuras (encapsulado), debido a que no es un compuesto inflamable y las moléculas de agua incluidas en la estructura química del sulfato de calcio se evaporan al reaccionar al fuego, lo que otorga una resistencia prolongada a las altas temperaturas. Este producto presenta la desventaja de que admite mucha menor deformación que la madera y es extremadamente frágil, por lo que en zonas sísmicas se han reportado grandes costos de reparación no estructural debida a la falla del yeso cartón (en ocasiones los costos asociados representan más del 90% de la reparación). Sin duda, el aporte de este producto en la rigidez del entramado ligero, y el precio total de la construcción es un aspecto notable a considerar.
CAPÍTULO 5
CLASIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN
CON LA COLABORACIÓN DE: JUAN CARLOS PITER Y ROCÍO RAMOS
(UTN, ARGENTINA), VANESA BAÑO (UNIV. DE LA REPÚBLICA,
URUGUAY) Y LAURA MOYA (UINV. ORT, URUGUAY)
5.1 Clasificación de la madera
A diferencia de la clasificación relacionada con aspectos estéticos, la clasificación por resistencia se fundamenta en determinar la influencia que distintas singularidades y otros defectos ejercen sobre las propiedades mecánicas del material, esto es, sobre la estructura idealizada de la madera que se presentó en la Sección 3.3. Por tanto, la medición de estos parámetros es realizada con el objetivo primordial de determinar su influencia en la resistencia. Este proceso conduce a dividir una población de madera en clases de resistencia5.1, o grupos de dist
inta calidad, sobre la base de un análisis individual de cada pieza estructural, el cual puede ser visual o mecánico. La inspección evalúa el nivel de los parámetros adoptados, y en función de los límites establecidos permite asignar cada pieza a una determinada clase resistente, la cual queda definida por la sección más débil de la pieza, ver Figura 5.1. En consecuencia, si las anomalías que determinan la sección más débil son eliminadas, los trozos de menor longitud en que queda dividida la pieza inicial podrían asignarse a una clase resistente superior que la que le correspondería inicialmente.
| figura 5.1 Principio de clasificación mecánica de la madera según su resistencia a flexión. Cada uno de los distintos tramos de madera que conforman una pieza estructural contiene su propia resistencia y rigidez; la clasificación de la pieza se realiza de acuerdo al tramo que presenta la menor resistencia (basado en Thelandersson y Larsen 2003). |
Los conceptos de diseño estructural modernos, basados en los estados límite últimos de resistencia y de servicio5.2, requieren del conocimiento preciso de los valores característicos de las propiedades mecánicas del material, ver detalles en el Capítulo 7. La consideración de una población de madera aserrada sin clasificar conduce a la obtención de valores característicos muy bajos, como consecuencia de la alta dispersión natural de sus propiedades. Por el contrario, la división de la población original en clases, que constituyen sub-poblaciones de características más homogéneas, permite sacar provecho de las piezas de mayor calidad y a su vez aumentar la confiabilidad. Razones técnicas y económicas son, entonces, las que justifican la clasificación por resistencia de este material.
Asociada a la modernización de los conceptos de diseño y a la conformación de grandes bloques culturales y económicos, existe actualmente una fuerte tendencia para adoptar criterios técnicos de equivalencia internacional. Un claro ejemplo en este sentido es el desarrollo de las normas europeas, las cuales, para el caso particular de las estructuras de madera, acompañan a los criterios de diseño adoptados por el Eurocódigo 5. La norma EN 338 establece un sistema internacional de clases resistentes que permite insertar grados de calidad de distintas especies y procedencias, con la condición de que se satisfagan determinados requisitos generales adoptados por el sistema.
Existen dos sistemas de clasificación por resistencia de madera aserrada y MLE para uso estructural: el visual y el mecánico. Los países con mayor tradición en la temática han desarrollado a través del tiempo sus propios métodos, basados la experiencia y conocimiento de las especies utilizadas. Las máquinas de clasificación permiten evaluar parámetros no percibidos visualmente, e incorporan mayor precisión y velocidad al proceso. Las numerosas normas de clasificación redactadas en las
