La madera en estructuras - Generalidades
La madera en estructuras – Generalidades – Introducción
La madera en estructuras
MADERA COMO MATERIA PRIMA CONSTRUCCIÓN
El árbol produce una estructura interna (madera) a base de células de forma tubular (fibras de madera) con una elevada eficacia para resistir los esfuerzos a los que va a estar sometido durante su vida, fundamentalmente del viento y peso propio.
La madera se caracteriza por ser un material orgánico, anisótropo e higroscópico.
- Orgánico: está compuesto por hemicelulosa que contiene carbono.
- Anisótropo: está constituido por células con una cierta direccionalidad por lo que sus propiedades varían en función de la orientación de la pieza dentro del árbol (axial, tangencial, radial). A efectos estructurales las propiedades se cuantifican en función de la dirección paralela a las fibras, que es en la que mejor se comporta, y en la perpendicular, que es la peor.
- Higroscópico: por la presencia de grupos OH libres en la hemicelulosa de la pared celular, que captan o ceden agua del exterior. La cantidad de agua que contiene se denomina contenido de humedad y tenderá a estar en equilibrio (humedad de equilibrio higroscópico) con su entorno (temperatura y humedad relativa del aire). El contenido de humedad influye en sus propiedades físicas, mecánicas y en su posible degradación por organismos xilófagos.
Puntos fuertes de la madera en la construcción
Los puntos más positivos son los siguientes:
a) Es una materia prima ecológica, sostenible y renovable
La madera está disponible de forma virtualmente ilimitada siempre que se respeten los principios forestales de gestión sostenible. Así mismo en su fabricación se consume muy poca energía.
A continuación se indican las emisiones netas de Dióxido de carbono (CO2) en kg CO2 / t generadas en la fabricación de diferentes productos y la cantidad de Dióxido de carbono (CO2) almacenado en kg CO2 / t,:
Producto | Emisiones CO2 | CO2 Almacenado |
Madera Aserrada | 33 | 490 |
Hormigón | 265 | 0 |
Acero (virgen) | 694 | 0 |
Plástico | 2.502 | 0 |
b) Es muy ligera en relación a su resistencia
Para las mismas condiciones de luz y carga, su peso es cinco veces menor que una estructura de hormigón armado, tres veces y media que una de hormigón pretensado y vez y media menor que una metálica.
La relación peso – resistencia de la madera es muy favorable. Una viga de madera de 3 metros de longitud capaz de soportar 20 toneladas pesa 60 kilos, en acero pesaría 80 kilos y en hormigón armado 300 kilos. Fuente CTBA “L’essentiel sur le bois”.
Esta propiedad permite:
– no sobrecargar estructuras preexistentes (por ejemplo, en rehabilitación) o la cimentación (en terrenos poco resistentes).
– ahorrar en los medios de transporte, carga y descarga, y en la puesta en obra.
– ser usada en luces importantes sin penalizar el peso propio de la estructura.
c) Aporta valores emocionales
Sus valores estéticos, sensoriales, etc., la hacen más atractiva que los materiales artificiales o sintéticos, debido posiblemente a reminiscencias ancestrales. Posee la belleza de la naturaleza sin necesidad de revestimientos adicionales.
La madera tiene una buena conductancia térmica (sensación térmica), lo que implica que su tacto es agradable en situaciones térmicas extremas de signos opuestos, al no ser ni fría ni caliente.
Cada pieza de madera natural es irrepetible en su aspecto, color, textura y olor, no sólo comparada con otros árboles sino incluso dentro del mismo árbol; lo que aporta un valor de completa originalidad a la construcción que es valorado frecuentemente.
d) Material normalizado
Los productos estructurales de madera son predecibles en sus propiedades, ya que están procesados industrialmente y controlados en su calidad, con lo que se asegura la uniformidad de sus propiedades con las mismas garantías que el acero y el hormigón.
e) Material en continua evolución e innovación
La continua evolución de las tecnologías de prensado y mecanizado y en paralelo en los progresos del sector químico (adhesivos, colas, productos de acabado, y de protección) están resolviendo problemas tradicionales del material y mejorando sus prestaciones.
El control numérico y la informatización es práctica habitual en las carpinterías de armar gracias a los cuales se han recuperado sistemas tradicionales abandonados, como los complejos ensambles que son importantes también para la resistencia al fuego de las uniones.
“Puntos débiles” que se han achacado a la madera
I) Es un material que se mueve (escasa estabilidad dimensional ante los cambios de humedad en comparación con otros materiales)
La naturaleza higroscópica de la madera, ya comentada, conduce a variaciones volumétricas que la afectan principalmente en anchura y espesor, mientras su longitud apenas varía. Estas variaciones pueden influir en juntas, uniones y ensambles. Para minimizar su efecto se ha de procurar:
- – Su contenido de humedad debe ser el correspondiente al de las condiciones de uso.
- – Utilizar madera con mayor estabilidad dimensional, tableros resistentes a la humedad, madera laminada, madera microlaminada, tableros contralaminados y otros productos que en muchos casos anulan esos movimientos por encolado o alternando capas de distinta orientación, etc.
– Incorporar soluciones constructivas que permitan a la madera moverse de acuerdo con las previsiones ambientales en que se instalan, así como la eliminación de humedades y su adecuada ventilación.
II) Es un material poco duradero en el tiempo
Por su carácter orgánico (está formada por celulosa y lignina), la madera es susceptible de ser degradada, principalmente por el sol, la lluvia, y por hongos e insectos xilófagos; pero hay que tener en cuenta que la mayoría de estos agentes solo actúan con contenidos de humedad anormales.
La construcción con madera, con su experiencia secular, ha evitado estos problemas a través de soluciones constructivas que mantienen seca y ventilada la estructura además de utilizar maderas con una buena durabilidad natural. Por otro lado, la protección de la madera ha avanzado mucho en el último siglo. Poniendo las cosas en su contexto, no hay que olvidar que todos los materiales de construcción son vulnerables y requieren alguna protección durante su vida de servicio no pudiendo exponerse a agentes para los que no están preparados. Piénsese por ejemplo en la corrosión de los metales, la degradación de la piedra y el ladrillo por la contaminación, el agua y el hielo, etc.
III) Las estructuras de madera no resisten al fuego
La madera al contener carbono es combustible como atestigua su empleo en la calefacción humana, motivo por el cual tradicionalmente su uso ha generado desconfianza en la construcción porque se asimila combustibilidad (reacción al fuego) con facilidad de ignición y colapso de la estructura (resistencia al fuego). Esta desconfianza es errónea como se puede comprobar en una chimenea al ver la dificultad para que arda un tronco grueso de encina y el tiempo que tarda en degradarse éste por el fuego. Además, es muy raro que el incendio provenga de la madera y, como ocurre con el ejemplo de la chimenea, tarda bastante en empezar a arder y en perder sus características portantes (a excepción de sistemas ligeros como algunos entramados: no arde igual un palo que un tronco).
La pérdida de capacidad portante de las piezas de media y de gran sección tarda más en producirse y, como suele decirse, “avisa”, lo que no sucede en otros materiales, por ejemplo el acero. Esto se debe a:
- – Su baja conductividad térmica y la presencia de agua en su interior, que debe evaporarse, retrasa el comienzo y el avance del fuego hacia el interior.
– Una vez en la fase de desarrollo del incendio, la carbonización superficial produce un aislamiento térmico creciente del interior que se traduce en una velocidad de avance del fuego muy lenta, en torno a 0,6 mm/m. Esta lenta combustión es la que permite alcanzar con facilidad resistencias al fuego superiores a 30 minutos.
– Al no existir pérdida súbita de propiedades mecánicas con la temperatura ni dilatación térmica la estructura no se desestabiliza, al contrario que en el acero que no es combustible.
Como consecuencia de todo ello, en caso de incendio, las estructuras de madera presentan una gran fiabilidad estructural lo que se traduce en permitir una evacuación segura y la intervención de los equipos de bomberos.
El acero pierde su capacidad portante a los 450 ºC y en el hormigón se reduce a 2/3 a los 650 ºC; mientras que la madera sometida a 500 a 1200 ºC permanece intacta a 1 cm por debajo de la superficie.
La madera es 12 veces más aislante que el hormigón, 350 veces más que el acero y 1.500 veces más que el aluminio; dependiendo de las secciones de las piezas. En un incendio plenamente desarrollado el acero pierde sus propiedades mecánicas mucho antes aumentando además sus dimensiones, lo que finalmente produce el colapso de la estructura.
IV) Es un material de construcción pobre
Salvo determinadas especies de maderas tropicales de alto precio, a veces se la considera como un material de segunda categoría. Esto ocurre especialmente en algunos sistemas concretos o provisionales, como por ejemplo los apeos o los encofrados, o de menores prestaciones, como por ejemplo casetas, chiringuitos o barracones de madera.
En países con abundancia de madera, por el contrario, está considerada como el principal material de construcción.
