José Luis Salvatierra, Jairo Montaño, Hernán Santa María y Franco Benedetti. Quisiera expresar especial agradecimiento en esta labor de revisión a Minia Rodríguez e Ignacio González quienes con su enorme generosidad revisaron una gran parte de los contenidos de la extensa trilogía. Finalmente quisiera agradecer a la Escuela de Ingeniería UC y a Ediciones UC por su excepcional apoyo en la publicación simultánea de esta trilogía, y muy especialmente al Centro de Innovación en Madera CIM-UC CORMA y su Directorio por su contagiosa motivación y apoyo continuado.
¿Cómo leer este libro?
Para facilitar la comprensión de este libro, el texto debería leerse secuencialmente ya que la mayoría de contenidos requieren la comprensión de temas precedentes. Para lectores familiarizados con la materia, la lectura de capítulos independientes sí es adecuada. Sin duda, todos aquellos lectores interesados en la segunda y tercera parte de la trilogía deberían sentir que los contenidos de este libro han sido afianzados antes de abordar los otros libros, en especial la parte relativa al cálculo y los sistemas constructivos y estructurales lo que comprende desde el Capítulo 6 al Capítulo 11.
Algunas partes de este libro hacen referencia directa a la principal normativa de diseño estructural con madera de Chile, la NCh1198, lo que se destaca con un formato de letra diferente. En concreto las tablas específicas de la normativa NCh1198:2010 se referencian como T seguido por el número de tabla, las páginas como PG seguidas por el número de página, las secciones se referencian directamente con los dígitos de la sección correspondiente como por ejemplo 6.8 y los anexos se referencian como A, seguido por la correspondiente letra del anexo al que se hace referencia.
La estructura global del libro es la siguiente: tras una breve reseña histórica, en los Capítulos 2 a 5 se introducen conceptos básicos de tecnología de la madera; el Capítulo 6 sirve como transición entre tecnología de la madera y cálculo; los Capítulos 7 a 9 introducen las bases del cálculo; los Capítulos 10 a 12 introducen los sistemas estructurales y constructivos, como también la industrialización y prefabricación; los Capítulos 13 y 14 introducen conceptos básicos de protección de la madera frente a incendios y degradación por organismos xilófagos y agentes abióticos. Finalmente, se incluye un anexo de ayudas básicas al predimensionado (ayudas más avanzadas al cálculo se facilitan en el tercer libro), otro anexo de detalles constructivos, y un glosario de términos que puede ser muy necesario, especialmente cuando los capítulos se leen de forma independiente.
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN
CON MADERA
1.1 Breve reseña histórica
Prehistoria
La madera ha sido el primer material de construcción masivo1.1 empleado por el ser humano, y los primeros registros de su uso en la construcción datan de la época neolítica, año 9000 A.C., para abordar la construcción de cabañas en el borde entre Turquía e Irán. Inicialmente las construcciones se realizaban en forma circular u ovalada y posteriormente evolucionaron a formas cónicas, cilíndricas y rectangulares. Entre 6.500-6000 A.C. se construyeron las primeras edificaciones en dos alturas entre Anatolia y Chipre. En Grecia se establecieron las primeras construcciones con madera alrededor del año 4.000 A.C. El uso de la madera se extiende también entre las tribus nómadas de Norte América, África, Indonesia y Asia central, principalmente para la construcción de cabañas. Algunos de los estilos desarrollados por estas poblaciones tienen aún a día de hoy una influencia notable en las construcciones indígenas de Asia, África, Polinesia y Sudamérica.
Época Antigua
Las cubiertas de las tumbas reales de la primera dinastía egipcia (3.000 A.C.), fueron construidas con madera. A partir de este suceso se han reportado múltiples usos de la madera tanto en la cultura egipcia como en ciertas áreas de Líbano y Siria. En Japón la madera ha sido el principal material de construcción desde el período de
Jo¯ mon, extendiéndose desde 3500-300 A.C. En muchos casos, la duración de estas
construcciones ha sido reportada en más de 1.000 años. Los antiguos griegos también realizaron importantes obras con madera durante esta época, como por ejemplo el Bouleterión de la casa del consejo de Priene, o el pórtico de Philipus en Delos. Este fue también el caso de los romanos, que emplearon la madera en la construcción de los primeros templos y realizaron obras notables como por ejemplo el puente sobre el Rin, de 600 metros de longitud, construido para las legiones del César, o las basílicas de San Pedro y San Pablo en el exterior de las murallas de Roma. En China, la arquitectura tradicional ha tenido desde la época antigua una presencia muy importante de la madera. De hecho, este país es considerado como un lugar clave en el proceso de desarrollo constructivo, debido ello a la riqueza arquitectónica de los edificios gubernamentales de los cuales una gran mayoría lamentablemente, no han perdurado en el tiempo a causa de los cambios dinásticos.
Desarrollo de las primeras construcciones modernas
La madera fue el principal material de construcción en gran parte de Europa desde la edad media hasta el renacimiento, y fue precisamente en este lugar, en donde se desarrollaron gran parte de las soluciones constructivas que fueron decisivas para los sistemas constructivos modernos con madera. Se piensa que las civilizaciones vikingas adaptaron sus construcciones con madera en base a las invasiones realizadas en el occidente del continente, en donde se construyó con madera de forma extensiva y encontrándose ejemplos notables, principalmente en la región alpina y Europa central. En particular, es posible identificar 4 tipos de construcciones que fueron clave para la construcción moderna:
1 Palisade o stave construction, basada en paredes sólidas formadas por la aglomeración vertical de rollizos1.2. Este tipo de construcción predominó en la Alemania neolítica desde donde se extendió primeramente al norte de Europa, y posteriormente a las regiones ribereñas próximas al río Mississippi en Norteamérica.
2 Log-cabin construction, basada en la disposición de rollizos horizontales. Este tipo de construcción fue fundamental para comenzar el desarrollo de varios tipos de unión, fundamentalmente en el encuentro entre muros. Fue desarrollada principalmente en Europa central, Rusia y Asia Menor, siendo la Iglesia de la Transfiguración en Kizhi, Rusia, quizá el ejemplo representativo más notable. Aunque gran parte del desarrollo se produjo en Europa y Asia occidental, es cierto que este tipo de construcciones también se desarrollaron en el período Yayoi en Japón (250 A.C-200 D.C.). Este tipo de construcción fue exportado a Norteamérica a mediados del siglo XVII y se piensa que fue el precursor principal de las construcciones resistentes al cortante3, desarrolladas posteriormente en esta región.
3 Timber frame construction, consistente en el uso de pórticos de madera acompañados o no de cercha en cubierta, fueron desarrollados también en Europa a partir del año 5.500-2.500 A.C., ver Figura 1.1.1. Estas construcciones surgieron como una necesidad de disponer de espacios más amplios de almacenamiento agrícola, y pueden ser considerados como los precursores de las estructuras porticadas modernas. Al igual que los tipos precedentes, esta tipología también fue exportada a Norteamérica alrededor del siglo XVII y a día de hoy, se encuentran aproximadamente aún 80 estructuras antiguas en pie de esta tipología.
4 Finalmente, roof beam, arch and truss timber construction, que pueden ser considerados como una tipología más, ya que se basa en el uso de la madera tan sólo como material de cubierta. Las soluciones de este tipo logran generar cubiertas relativamente ligeras con luces de hasta 20 metros sin apoyos intermedios. Uno de los ejemplos primigenios puede ser considerado el palacio de Eltham, construido en Inglaterra en 1405. La aparición de este tipo de construcción fue clave para el desarrollo de sistemas de arriostramiento1.3, que habitualmente estaban diseñados para evitar el vuelco en
