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Universidad del Bío-Bío
Facultad de Arquitectura, Construcción y Diseño
Departamento Ciencias de la Construcción
Escuela de Ingeniería en Construcción
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE
LICENCIADO EN CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN
COMPORTAMIENTO EN FLEXIÓN DE VIGAS LAMINADAS QUE
INCORPORAN PINO OREGÓN
Autor : Osvaldo Andrés Messer Soubelet
Profesora Guía : Grecia Avilés Gavilán Constructor Civil, Magíster en Construcción en Madera
Concepción, Agosto de 2007
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____________________________________________
GRECIA AVILÉS. CONSTRUCTOR CIVIL
MAGÍSTER EN CONSTRUCCIÓN EN MADERA Profesora guía
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“Chile, a lo largo de su territorio, cuenta con una
gran cantidad de recursos forestales, es por esto,
que un correcto cuidado de nuestros bosques,
haría de la madera un recurso renovable e
inagotable. Sin lugar a duda el uso de la madera
como material de construcción seguirá tomando
cada vez una mayor importancia. Un ejemplo de
esto, es la gran cantidad de construcciones que
últimamente se han hecho con madera laminada,
ya que, cuenta con múltiples propiedades y
cualidades, entre las que se pueden apreciar, su
estética y sus variadas formas.”
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Dedicado con mucho cariño a mi madre,
hermanas, mis tatas que desde el cielo ven todo
y a Tamara por el constante amor y apoyo que
me han dado durante esta etapa de mi vida y
por su inagotable esfuerzo en querer hacer de
mí una persona mejor...
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Agradezco a todas las personas que guiaron mi
formación profesional y en especial a mi
profesora guía Grecia Avilés quien fue
fundamental en el desarrollo de este
Seminario.
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RESUMEN
La tendencia mundial dentro de la industria de la forestación se dirige en dirección al
desarrollo de productos con alto valor agregado mediante la incorporación de tecnologías
nuevas. En ese contexto la madera laminada aparece como una de las soluciones
tecnológicas que mejor responde a esta clase de requerimientos.
En nuestro país no ha habido grandes cambios tecnológicos ni esfuerzos en investigación
para el desarrollo de la madera laminada, el mejoramiento viene dado por el
perfeccionamiento de los adhesivos, que ha contribuido en la incorporación de la madera
laminada como solución de nuevas estructuras. Hoy en día, cada vez se necesitan elementos
estructurales más resistentes, para lograr así una disminución en el volumen y una
optimización en la utilización del recurso de la madera
Las aplicaciones de este material son muy diversas debido a las ventajas de aplicación que
tiene la madera laminada en la construcción, además de su estética, bajo costo por unidad
de peso y adaptabilidad. Por lo que en definitiva la madera laminada es una solución lógica
para cualquier tipo de construcción., ya sea de edificación o de una estructura vial.
En esta investigación se estudia la incorporación de Pino Oregón en la fabricación vigas
laminadas, cuando estas se someten al esfuerzo de flexión estática. Para ello se analiza la
anatomía y las propiedades mecánicas de la madera, se estudia también la especie
Pseudoga Mienzesii en particular. Finalmente mediante ensayos de adherencia según NCh
2148 of 89 y de flexión estática según ASTM-D 198, se pudo determinar de forma empírica
2 aspectos importantes, primero que el Pino Oregón por ser una especie liviana de baja
densidad, tiene mayores cavidades por donde el adhesivo puede penetrar y ejercer valencias
secundarias y por ende mayor resistencia al cizalle que el Pino Insigne. Y en cuanto a la
flexión resistieron más las probetas que incorporaban Pino Oregón, debido a que las fibras
en este especie forman una verdadera trabazón que ofrece una óptima oposición a dicho
esfuerzo.
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ÍNDICE Epígrafe 5 Dedicatoria 6 Agradecimientos 7 Resumen 8 Índice 9 Introducción 15 Planteamiento del problema 16 Hipótesis 18 Objetivos 19 1.0 Capítulo I: Anatomía de la madera 1.1 Introducción 1.2 La madera como materia prima 1.3 Formación de la estructura de la madera 1.4 Microscopia de la madera 1.4.1 Coníferas 1.4.1.1 Sistema longitudinal 1.4.1.2 Sistema transversal 1.4.2 Latifoliadas 1.4.2.1 Sistema longitudinal 1.4.2.2 Sistema transversal 1.5 Macroscopía de la madera 1.5.1 Características organolépticas 1.6 Resumen
20 21 21 23 28 29 30 31 32 34 38 39 39 40
2.0 Capítulo II: Propiedades físicas y mecánicas de la madera 2.1 Introducción 2.2 Propiedades físicas 2.2.1 Contenido de humedad 2.2.1.1 Métodos de medición de contenido de humedad 2.2.1.2 Conceptos relacionados a la humedad de la madera 2.2.2 Densidad de la madera 2.2.2.1 Medición de la densidad
42 43 46 47 48 50 51 52
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2.2.3 Contracción e hinchamiento 2.2.3.1 Las tensiones de secado 2.2.3.2 Mecanismos de movimiento interno de humedad 2.2.4 Permeabilidad de la madera 2.3 Propiedades mecánicas de la madera 2.3.1 Ensayos 2.3.1.1 Compresión paralela a la fibra 2.3.1.2 Compresión normal a las fibras 2.3.1.3 Flexión estática 2.3.1.4 Tenacidad 2.3.1.5 Cizalle 2.3.1.6 Clivaje tangencial y radial 2.3.1.7 Tracción paralela a las fibras 2.3.1.8 Tracción normal a las fibras 2.3.1.9 Dureza 2.3.1.10 Extracción de clavo 2.3.2 Factores que afectan las propiedades mecánicas 2.3.2.1 Defectos de la madera 2.3.2.1.1 Defectos propios 2.3.2.1.1.1 Nudos sueltos 2.3.2.1.1.2 Grietas 2.3.2.1.1.3 Fibra inclinada 2.3.2.1.1.4 Perforación 2.3.2.1.1.5 Pudrición 2.3.2.1.1.6 Bolsillo de corteza 2.3.2.1.1.7 Bolsillo de resina 2.3.2.1.1.8 Acebolladuras 2.3.2.1.1.9 Alabeos 2.3.2.1.1.10 Colapso 2.3.2.1.1.11 Rajadura 2.3.2.1.1.12 Médula 2.3.2.1.1.13 Canto muerto 2.3.2.1.2 Defectos por elaboración 2.3.2.1.2.1 Escuadría irregular
53 54 55 56 57 59 59 60 61 61 62 63 64 64 65 65 66 66 66 66 66 67 67 67 67 67 68 68 68 68 69 69 69 69
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2.3.2.1.2.2 Marca de sierra 2.3.2.1.2.3 Cepillo desgarrado 2.3.2.1.2.4 Cepillo ondulado 2.3.2.1.2.5 Cepillado incompleto 2.3.2.1.2.6 Depresión por cepillado 2.3.2.1.2.7 Marca de astillamiento 2.3.2.1.2.8 Mancha de procesamiento 2.3.2.1.2.9 Quemado 2.4 Resumen
69 69 70 70 70 70 70 70 71
3.0 Capítulo III: Pino Oregón 3.1 Introducción 3.2 Pino oregón 3.2.1 Características macroscópicas de la madera 3.2.2 Usos 3.3.3 Características específicas 3.3 Pino radiata 3.3.1 Características macroscópicas de la madera 3.3.2 Usos 3.4 Propiedades mecánicas 3.5 Características anatómicas 3.6 Resumen
73 74 74 74 74 75 77 77 78 78 80 81
4.0 Capitulo IV: Vigas laminadas y su Fabricación 4.1 Historia de la madera laminada 4.2 Madera Laminada 4.2.1 Definición 4.2.2 Tipos de laminados 4.2.3 Ventajas 4.2.4 Desventajas 4.2.5 Aplicaciones de la madera laminada 4.2.5.1 Vigas 4.2.5.2 Arcos 4.2.5.3 Marcos 4.3 Adhesivos para madera laminada 4.3.1 Adhesivos
82 83 84 84 84 87 88 89 89 90 91 91 91
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4.3.2 Teoría de la adherencia 4.3.2.1 Adherencia especifica 4.3.2.2 Adhesivos para madera 4.3.2.3 Clasificación de los adhesivos para madera 4.3.2.4 Clasificación basada en la durabilidad 4.4 Fabricación madera laminada 4.4.1 Proceso de fabricación 4.4.1.1 Área de pre-encolado 4.4.1.1.1 Almacenamiento 4.4.1.1.2 Clasificación 4.4.1.1.3 Determinación del contenido de humedad 4.4.1.1.4 Uniones en los extremos 4.4.1.1.5 Elaboración de las láminas 4.4.1.2 Área de encolado, prensado y fraguado 4.4.1.2.1 Preparación de moldes y prensas 4.4.1.2.2 Preparación de adhesivos 4.4.1.2.3 Esparcido 4.4.1.2.4 Prensado 4.4.1.2.5 Reapriete 4.4.1.2.6 Tiempo de prensado y fraguado 4.4.1.2.7 Maduración 4.4.1.3 Área de terminaciones 4.4.1.3.1 Elaboración 4.4.1.3.2 Clasificación 4.4.1.3.3 Protección y preservación 4.4.1.3.4 Empaque y despacho 4.4.1.3.5 Control de calidad 4.5 Grados de calidad en la madera 4.5.1 Tensiones de diseño de la madera laminada 4.5.2 Tensiones máximas 4.5.3 Limite inferior con exclusión del 5% 4.5.4 Tensiones básicas 4.5.5 Grados de calidad de la madera aserrada destinada a la fabricación de elementos estructurales encolados
91 93 93 94 95 96 96 97 97 98 99 99 101 102 102 103 104 104 105 105 105 106 106 106 106 107 107 107 107 107 108 108
109
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4.5.6 Grados de calidad 4.5.7 Clasificación estructural mecánica 4.5.8 Clasificación estructural visual 4.5.9 Tensiones admisibles para laminado horizontal 4.5.10 Tensiones admisibles para laminado vertical 4.6 Resumen
109 109 110 110 111 111
5.0 Capitulo V: Conceptos de Resistencia de los Materiales 5.1 Fundamentos teóricos 5.2 Tabla de resultados 5.3 Análisis de resultados 5.4 Resumen
112 113 118 118 119
6.0 Capitulo VI: Desarrollo Experimental 6.1 Introducción 6.1.1 Materiales necesarios 6.2 Ensayos de Adherencia 6.2.1 Fabricación de las probetas 6.2.2 Resultados 6.2.3 Análisis de resultados 6.3 Ensayos de Flexión 6.3.1 Dimensionamiento de las probetas 6.3.2 Clasificación de la madera 6.3.2.1 Clasificación visual de la madera 6.3.3 Fabricación de las probetas 6.3.3.1 Cepillado y dimensionado de las piezas 6.3.3.2 Medición del Contenido de Humedad 6.3.4 Adhesivo 6.3.4.1 Preparación del adhesivo 6.3.4.2 Aplicación del adhesivo 6.3.4.3 Prensado de las probetas 6.3.4.4 Cepillado y acabado de las probetas 6.3.5 Herramientas y Equipos 6.3.6 Descripción del ensayo de flexión 6.3.7 Resultados 6.3.7.1 Modulo de Ruptura
120 121 121 122 122 124 125 127 127 130 130 131 131 132 133 134 135 136 137 139 142 143 152
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6.3.7.2 Modulo de Elasticidad 6.3.8 Análisis de Resultados 6.3.9 Análisis de Costos
152 153 158
Conclusiones 159 Bibliografía 165 Glosario 168
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INTRODUCCION
La madera posee diversas características que no han podido ser sustituidas. Tales como su
ligereza, la belleza de su acabado natural, la facilidad de transporte y su ductilidad para ser
trabajada con equipos y herramientas muy sencillas. Además, es adaptable al diseño y
posee unas magníficas resistencias mecánicas en el sentido de sus fibras, esto es, en el
sentido en que creció el árbol de la que se obtiene.
Todas estas cualidades han llevado, tras años de investigación y práctica constructiva, al
uso cada vez más masivo de la madera. Se trata de la madera laminada encolada, es decir,
elementos de madera formados por un conjunto de varias láminas superpuestas de madera,
unidas mediante colas sintéticas. Cada lámina está constituida por una multitud de fibras
procedentes de árboles muy comunes, de la familia de las resinosas, como el pino o el
abeto. De esta forma se obtiene un producto final que se comporta bien frente al ataque de
los agentes químicos, al fuego debido a que tarda bastante en carbonizarse y que puede
elaborarse siguiendo cualquier forma, garantizando una gran resistencia. Resiste
perfectamente la humedad y grandes cambios de temperatura, y por ello no presenta el
peligro de pudrición que tienen las madera naturales. Con esta técnica se han logrado
superar anchuras libres de 60 metros, con elementos muy livianos
Por su facilidad de montaje y altas resistencias, resulta ideal para los trabajos de
rehabilitación de edificios con estructura de madera, evitando la utilización de elementos
metálicos o de hormigón armado, que, por su excesiva rigidez, plantean problemas de
adecuación en este tipo de edificaciones.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente en nuestro país, el uso de la especie Pseudotsuga menziesii llamado
comúnmente Pino oregón o Douglas Fir en la construcción es muy reducido, es decir, no es
de uso masivo, el principal uso de esta especie es en la industria de muebles y molduras, tal
como señala quien desarrollo un trabajo en el que se obtuvo la siguiente conclusión:
Se debería analizar la fabricación de muebles, con otras especies de madera, tales como
raulí, mañío, ciprés e incluso pino insigne, porqué esta especie posee propiedades
mecánicas que pueden ser aprovechadas en una estructura o elementos que la conformen, y
no se está explotando al máximo su potencial usándola para fabricar muebles [Rojas, 1998].
Estas conclusiones, son debido a que el pino oregón es una especie de propiedades
mecánicas semejantes al pino radiata. El módulo de ruptura y el módulo de elasticidad a la
flexión del pino radiata son 657 (Kg/cm2) y 85.3 (Ton/cm2) respectivamente, por otra parte
para el pino oregón, su módulo de ruptura y de elasticidad son 788 (Kg/cm2) y 93.6
(Ton/cm2). La obtención del módulo de elasticidad y de ruptura a la flexión, se halla
siguiendo el procedimiento de la Nch 987 Of. 86. Además, desde el punto de vista de sus
propiedades físicas, el pino oregón está clasificado como una especie liviana con una
densidad aparente (al 12% de contenido de humedad) de 446(kg/cm3) [Infor, 1990], lo que
la hace una especie altamente permeable, es decir, no debería tener problemas de
adherencia para ser usada como materia prima de vigas de madera laminada.
Analizando estos resultados, se observa que el pino oregón es más resistente que el pino
radiata y además es más permeable por lo que permite una mejor adherencia del adhesivo.
Ahora si se comparan económicamente ambas especies se tiene que en el mercado la
pulgada de pino oregón es un 10% más costosa que la pulgada de pino radiata [Sodimac,
2006]. Dentro de los proyectos Fondef, está promover la forestación de la especie de pino
oregón en las regiones IX, X y XI a través de la optimización del proceso de producción. El
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monto destinado para el proyecto fue de $282.69 millones y la duración del proyecto fue de
4 años (1999-2002) [Infor, 1999].
A la luz de los antecedentes presentados es posible visualizar que las condiciones para
masificar el uso del pino oregón como material estructural en la edificación están dadas, sin
embargo aun falta mucha investigación por desarrollar para aclarar aspectos como: ¿Existe
interés en construir con pino oregón?, ¿Porqué si el precio no es tan alto no se utiliza?,
¿Conocen los profesionales la existencia de la posibilidad de construir en pino oregón?,
¿Realmente se comportará de modo similar al pino radiata en todos los aspectos?, ¿Sería
posible fabricar vigas de madera laminada con esta especie?, ¿Como funcionaría? ¿Se
podrá impregnar?, ¿Cómo funcionará con los adhesivos?, son bastantes las interrogantes
que surgen acerca de esta problemática, que llevan a una respuesta simple, que el pino
oregón es una especie con un alto potencial para ser usada en construcción, y para la
fabricación de vigas de madera laminada sometidas a flexión que será el tema en estudio de
este seminario.
En la NCh 789/1, la cual clasifica a las maderas comerciales según su duración natural, el
pino oregón no se encuentra clasificado, motivo por el cual, se asumirá que la especie es a
lo menos “NO DURABLE”, es decir, como un máximo de 5 años.
Para solucionar los problemas de construcciones de grandes luces en la actualidad, se
utiliza la madera laminada, sin embargo, nuestro país aún es subdesarrollado en cuanto a las
técnicas de fabricación de este material y a los ensayos normalizados para determinar las
propiedades mecánicas aun no están vigentes, están en consulta y se establece en las NCh
3003, NCh 3004, NCh 3005. Es por esto, que hoy en día, se hacen necesarios numerosos
estudios para caracterizar sus cualidades y así, hacer más masivas las construcciones con
este material.
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HIPÓTESIS
Una viga laminada según NCh 2148 of 89, que incorpore madera de Pino Oregón, mejora
su resistencia a la flexión al ser ensayada según ASTM D 198.
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OBJETIVO GENERAL
Determinar la diferencia de resistencia que hay entre un laminado de Pinus Radiata y uno
de Pseudoga Mienzesii o una combinación de ellas. (Para ello se deben diseñar y fabricar
vigas de madera laminada con láminas de pino oregón en su totalidad y en la zona de
bordes según NCh 2148 of 89 y someterlas a ensayos de flexión según metodología de la
norma ASTM D 198.)
OBJETIVOS ESPECIFÍCOS
Analizar las propiedades anatómicas de la madera.
Analizar las propiedades físicas y mecánicas de la madera.
Analizar y estudiar las características especificas del pino oregón.
Analizar, comparar y evaluar ensayos de delaminación según NCh 2148 of 1989.
Analizar, comparar y evaluar el comportamiento a la flexión de vigas laminadas con
madera de pino oregón en su totalidad y en su zona de borde, según metodología de
la norma ASTM-D 198.
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CAPÍTULO I
ANATOMÍA DE LA MADERA
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1.1 Introducción
La madera se considera como el material de los troncos y ramas de árboles y arbustos
desprovistos de corteza. El árbol es un ser vivo del reino de las plantas que produce su
propia sustancia mediante fotosíntesis, utilizando el agua y ciertos nutrientes del suelo y el
gas carbónico de la atmósfera. La fotosíntesis es llevada a cabo en las hojas por una
sustancia catalítica denominada clorofila y produce glucosa la que migra hacia abajo por la
corteza interior para servir como materia prima para la síntesis de los componentes
químicos, o sea, celulosa, hemicelulosa y lignina. Esta síntesis se realiza a través de
procesos bioquímicos complejos, en la parte viva de las células denominadas citoplasma
[Ananías, 1993].
Conocer la anatomía de la madera y la estructura de los tejidos leñosos y así poder
relacionarla adecuadamente con sus propiedades, el comportamiento en proceso y en
servicio, permite usar con ventajas las potencialidades de la madera y obtener los mejores
beneficios del adecuado empleo de la madera como materia prima [Ananías, 1993].
1.2 La madera como materia prima
La madera es históricamente uno de los materiales más utilizados por el hombre.
Actualmente, en la gran mayoría de los países desarrollados, su uso como material
estructural alcanza más del 90% de la construcción habitacional desde 1 a 4 pisos [Fritz,
2004].
La madera como materia prima de diversos usos en base de madera tiene muchas ventajas.
Es un recurso renovable mediante un manejo sustentable, es decir, armonizando su
aprovechamiento con su velocidad de renovación en un marco asimilable por el medio
ambiente. Es un material noble multiuso, que puede ser utilizado en la construcción,
industria o con fines particulares. En este sentido algunas ventajas y desventajas deben ser
consideradas:
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La madera es fácil de trabajar: Se puede cortar con métodos simples. Puede
unirse fuertemente mediante clavos, conectores, pernos o adhesivos [Ananías,
1993].
La madera tiene buenas propiedades de resistencia mecánica. Es rígida pero
flexible, es resistente al impacto y buen amortiguador de vibraciones [Ananías,
1993].
La madera sufre pequeños cambios dimensionales por efecto de cambios de
temperatura [Ananías, 1993].
La madera es biodegradable, pero tiene una cierta durabilidad natural, la que
puede ser mejorada artificialmente introduciéndole preservantes [Ananías,
1993].
La madera cambia sus dimensiones frente a variaciones de humedad. “La
madera tiene cierta aislación acústica, la que puede ser mejorada en cierto grado
por el sistema constructivo” [Ananías, 1993].
La madera es un buen combustible, que puede ser ventajoso al usarla para
producir energía pero limita el uso de la madera en construcción, no obstante
esta desventaja puede ser minimizada introduciéndole productos ignífugos o
retardantes del fuego [Ananías, 1993].
La madera es heterogénea, su estructura anatómica y química y sus propiedades
físicas y mecánicas son variables. Por otra parte, la madera presenta ciertas
características comunes en todas las especies, entre ellas se destacan:
• La madera tiene estructura celular, que esta formada por células que son
sus unidades básicas, conformando un material sólido y poroso.
• La madera es anisotrópica, presenta un comportamiento diferente en las
direcciones longitudinales y transversales.
• La madera es higroscópica, puede captar o liberar humedad de acuerdo a
las condiciones ambientales.
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1.3 Formación y estructura de la madera
Como se indica anteriormente, la madera es un material sólido, poroso, heterogéneo y de
estructura celular conformado por unidades estructurales básicas denominadas células
vegetales. Tales células tienen un aspecto tubiforme (forma de tubo) y presentan una pared
celular que deja una cavidad denominada lumen celular. La formación de cada una de estas
células es el resultado de divisiones que se producen en una zona del árbol encargada de la
reproducción de los diferentes tejidos denominada cambium [Ananías, 1993].
El cambium se ubica rodeando al tronco y ramas y separa a la madera de la corteza. El
cambium esta formado por las células cambiales iniciales y sus derivadas con capacidad de
reproducción o células madres conformando una zona cambial. Las células cambiales
iniciales son:
La célula fusiforme inicial, que da origen a todas las células longitudinales.
La célula radial inicial, de la cual se producen todas las células transversales.
La división del cambium puede ser de dos tipos:
División periclinal (en el plano tangencial), la que genera células para aumentar el
volumen del tallo. Es la división más importante.
La división periclinal (en el plano radial), la que genera células para aumentar la
circunferencia del cambium.
Para alcanzar la maduración, las células producidas por el cambium luego de la división,
deben obtener sus dimensiones finales en largo y diámetro, engrosar su pared celular,
lignificar y transformar su citoplasma. Este proceso de maduración involucra la formación
de células de xilema o madera y de floema o corteza [Ananías, 1993].
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Imagen 1. Árbol y sus componentes
Fuente [Fritz, 2004].
Imagen 2. Corte transversal y longitudinal de un fuste de un árbol
Fuente [http: //www.maderasdanielcastejon.com/imagenes/curiosidades/estructura.jpg, 26 de Noviembre 2006]
Durante cada período de crecimiento se forman típicas células del inicio del crecimiento en
el período de primavera, que son denominadas células de madera temprana o células de
madera de primavera y posteriormente típicas células del término del período de
crecimiento anual, que son denominadas células de madera tardía o células de madera de
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 25
verano. Así anualmente los árboles que crecen en las zonas templadas, es decir, con
estaciones bien marcadas, forman una zona de madera constituida por madera temprana y
otra de madera de verano. Estos dos tejidos de madera formadas por un mismo año forman
un anillo de crecimiento anual. Los anillos anuales se pueden apreciar como bandas
concéntricas en la sección transversal de un tronco o rama. De esta manera como cada
anillo de crecimiento anual corresponde a un año de crecimiento, el número de anillos de
crecimiento puede determinar la edad de un árbol. Además en las secciones transversales de
los troncos de algunos árboles, se puede observar dos zonas diferentes de coloración. La
zona interior, normalmente más oscura, se denomina duramen o pellín. La zona externa,
que la rodea se llama albura o hualle. El proceso de transformación de la albura en
duramen, se inicia en el árbol a distintas edades dependiendo de la especie. Algunos árboles
forman duramen en sus primeros años y otros lo hacen más tardíamente. El proceso de
duraminización implica cambios en la composición química de la madera, que le sirven de
tóxicos naturales y la hacen más resistente a la biodegradación. Además durante el proceso
de transformación de albura en duramen se producen depositaciones en los lúmenes
celulares e infiltraciones en la pared celular, los que originan generalmente cambios en la
tonalidad de la madera [Ananias, 1993]. Imagen 3. Madera de albura
Fuente [Fritz, 2004]
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Imagen 4. Madera de duramen
Fuente [Fritz, 2004]
Imagen 5. Anillos de crecimiento
Fuente [Fritz, 2004]
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Imagen 6.madera tardía y madera temprana
Fuente [Fritz, 2004]
También la duraminización puede reducir la permeabilidad de la madera afectando los
futuros procesos de secado e impregnación.
Por otra parte, la heterogeneidad de la madera implica un comportamiento anisotrópico, por
lo que deben tenerse en cuenta siempre en consideración las tres direcciones principales de
la madera, esto es la longitudinal, la radial y la tangencial. Las repuestas físico-mecánicas
de la madera son diferentes en cada una de las direcciones señaladas [Ananías, 1993].
La madera que se produce en las ramas de los árboles presenta algunas diferencias con la
madera formada con un tronco. La densidad de la madera, el largo de las fibras, la
proporción de los distintos tipos de células cambian en mayor o menor grado dependiendo
de la especie. Todas estas diferencias son importantes de considerar ya que parte de las
ramas de los árboles quedan incluidas en el tronco como resultado del crecimiento en
diámetro de los árboles generado por el cambium, lo que origina los nudos en la madera.
También en los nudos, la orientación de las células es diferente, respecto a la madera del
tronco que la contiene [Ananías, 1993].
Este cambio de dirección del grano, así como la discontinuidad que se observa en los nudos
muertos, afecta la resistencia mecánica de la madera con nudos, también afecta los cambios
dimensionales de la madera, así como el secado de la madera. Por otra parte las células que
forman la madera se encuentran orientadas con su eje mayor siguiendo la dirección
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longitudinal del tronco. Sin embargo, ambos ejes, el de las células y del tronco
generalmente no coinciden. Los anillos de crecimiento y por ello también las células que
los constituyen, forman una estructura cónica, por lo que se produce un ángulo entre ambos
ejes; al observarlos en un plano radial. La dirección de las fibras puede presentar respecto al
eje del tronco, una desviación con relación al plano longitudinal tangencial. A esta
desviación de las fibras se le denomina grano espiral o fibra revirada. Se encuentra
ocasionalmente otro tipo de desviación, la que corresponde a una disposición ondulada de
las fibras, la que se conoce como grano entrelazado. La presencia de fibras desviadas,
reduce la resistencia mecánica de la madera y favorece los defectos de secado [Ananías,
1993].
1.4 Microscopía de la madera:
La madera es producto de un proceso metabólico en un organismo vivo (árbol), que crece
en la naturaleza en condiciones climáticas, geográficas y de suelos muy diversos [Fritz,
2004].
Esta diversidad de factores afecta el crecimiento y las características de la madera en
relación con su estructura celular.
Al analizar una probeta en el microscopio, se observa a la madera igual a cualquier ser
vivo, conformado por células alargadas y dispuestas en la dirección del eje longitudinal del
árbol, pudiendo cumplir esencialmente 2 funciones: sostén del propio árbol y conductora de
savia [Fritz, 2004].
Por esto, a nivel de estructura celular, se pueden clasificar las especies arbóreas en dos
grandes grupos de árboles:
Coníferas
Latífoliadas
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1.4.1 Coníferas: Las especies que forman el grupo de las coníferas tienen un plan leñoso ordenado y simple,
constituido aproximadamente en un 90% por traqueidas longitudinales, ordenadas en filas
radiales [Díaz-Vaz, 2003]. Las especies pertenecientes a este grupo, presentan un tronco
recto, cónico hasta su ápice (extremo superior) y revestido de ramas [Fritz, 2004].
Imagen 7. Estructura anatómica de una conífera
Fuente [Fritz, 2004]
Las maderas de las coníferas poseen células parenquimáticas y prosenquimáticas.
Las primeras son células que mantienen su vitalidad hasta el momento de la
duraminización; las prosenquimáticas, en cambio, mueren y condensan sus contenidos
celulares luego de la lignificación [Díaz-Vaz, 2003].
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Tabla 1 Células de coníferas. CÉLULAS EN CONÍFERAS
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA TRANSVERSAL
CÉLULAS PROSENQUIMÁTICAS
Traqueadas axiales
• Normales
• Resinosas
• En cadenas
Radio-traqueidas
CÉLULAS PARENQUIMÁTICAS
Parénquima axial
Células epiteliales
Parénquima de radios leños
Células epiteliales
Fuente [Díaz-Vaz, 2003].
1.4.1.1 Sistema longitudinal:
El sistema longitudinal o axial esta constituido por células alargadas en dirección Pie-Copa,
entre las que se distinguen: traqueidas, parénquima axial y células epiteliales de canales
intercelulares denominados canales resiníferos [Díaz-Vaz, 2003].
• Las células del sistema longitudinal son las siguientes:
• Traqueidas
• Parénquima axial
• Células epiteliales de canales resiníferos.
Las traqueidas son parte del prosénquima y las otras dos constituyen el grupo de las
parenquimáticas [Díaz-Vaz, 2003].
Traqueidas:
Son elementos filiformes muy esbeltos. Sus largos son muy variables encontrándose
traqueidas de unos 0.5 mm y otras de más de 6 mm. Las paredes de las traqueidas son
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delgadas al inicio de cada anillo, en la madera temprana, y más gruesa en la madera tardía.
Los diámetros radiales también varían notoriamente dentro del anillo, pudiendo variar en
promedio mucho más en unas especies que en otras [Díaz-Vaz, 2003].
Parénquima axial:
El parénquima axial de las coníferas, corresponde a células de paredes delgadas, paredes
terminales planas y más cortas que las células prosenquimáticas. A diferencia de estas
ultimas, las células parenquimáticas tienen punteaduras simples (ver glosario) y conservan
su citoplasma [Díaz-Vaz, 2003].
Células epiteliales en los canales resiníferos:
Estas células secretoras se unen por sus extremos y también lateralmente formando un
espacio intercelular con forma de un tubo muy largo. Estos canales intercelulares tienen su
centro hueco, en el cual las células secretoras que lo conforman vierten sus secreciones. De
allí cuando el contenido es resina, se denominan canales resiníferos [Díaz-Vaz, 2003].
1.4.1.2 Sistema transversal:
El sistema transversal en las especies coníferas está constituido por células parenquimáticas
y prosenquimáticas. Estos dos tipos de células forman parte de los radios leñosos en los que
se distinguen tres tipos de células: las parenquimáticas, las epiteliales de canales
intercelulares y las traqueidas y radio [Díaz-Vaz, 2003].
Células de los radios leñosos:
En los radios leñosos de las maderas coníferas se encuentran tanto células parenquimáticas
como prosenquimáticas [Díaz-Vaz, 2003].
El parénquima transversal que conforma los radios leñosos, y es muy similar al parénquima
longitudinal. Estas células transversales con cortas, de paredes delgadas, extremos
aplanados, mantienen su contenido celular y permanecen activas hasta el momento de la
duraminización, proceso durante el cual mueren [Díaz-Vaz, 2003].
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Tipos de radios leñosos en coníferas:
De acuerdo con el tipo de células presentes, los radios leñosos se pueden clasificar como:
homogéneos, heterogéneos y fusiformes.
• Radios leñosos homogéneos: Corresponden a los compuestos sólo por células
parenquimáticas. Se excluyen de este tipo, aquellos radios leñosos que tienen
canales resiníferos. Las maderas de coníferas nativas chilenas, sin excepción, tienen
radios leñosos del tipo homogéneo [Díaz-Vaz, 2003].
• Radios leñosos heterogéneos: Están formados tanto por células parenquimáticas
como por ejemplo traqueidas de radio. La madera Pinus radiata (pino radiata)
presenta, por ejemplo radios leñosos heterogéneos con radiotraqueidas del tipo
dentado [Díaz-Vaz, 2003].
• Radios leñosos fusiformes: Se consideran como un tipo especial de radios leñosos
ya que incluyen en su estructura, células epiteliales las que forman un canal
intercelular, estos es, un canal resinífero. La presencia del canal resinífero, le da al
radio leñoso la apariencia de multiseriado, esto es de una célula de ancho. La zona
que circunda al canal tiene varias células de ancho. Estos radios leñosos son típicos,
por ejemplo, de la madera de Pseudotsuga menziesii (pino oregón) [Díaz-Vaz,
2003].
1.4.2 Latifoliadas:
Las células de latifoliadas, al igual que las de coníferas, se disponen en dos direcciones,
esto es, células alargadas longitudinalmente y células alargadas transversalmente. A pesar
de esta similitud, las de latifoliadas se distinguen por la diversidad de tipos de células
presentes. Esto significa que estas maderas tienen planes leñosos mas complejos que los
que se encuentran en el caso de coníferas [Díaz-Vaz, 2003].
La madera de latifoliadas proviene del grupo de angiospermas, los que están constituidos
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esencialmente por vasos, los cuales realizan la función conductora de la savia y por fibras
que son el sostén del árbol (NCh 173 Madera Terminología General) [Fritz, 2004].
Las especies latifoliadas presentan en general, una copa bien ramificada y un tronco que
varía en dimensiones y forma [Fritz, 2004].
El sistema longitudinal o axial en maderas de latifoliadas, esta configurado por elementos
parénquimaticos y prosenquimáticos. El sistema transversal, en cambio, se compone
exclusivamente de células parenquimáticas [Díaz-Vaz, 2003].
Imagen 8. Estructura anatómica de una conífera
Fuente [Fritz, 2004]
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Tabla 2 Células de latifoliadas
CÉLULAS EN LATIFOLIADAS
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA TRANSVERSAL
CELULAS PROSENQUIMÁTICAS
Vasos
• Solitarios
• Múltiples
Traqueidas
• Vasculares
• Vasicéntricas
Fibras
• Fibro-traqueidas
• Fibras libriformes
No hay
CELULAS PARENQUIMÁTICAS
Parénquima axial
Células epiteliales
Parénquima de radios leñosos con
• Células procumbentes
• Células erectas y cuadradas
Células epiteliales
Fuente [Díaz-Vaz, 2003].
1.4.2.1 Sistema longitudinal:
La mayoría de las células de latifoliadas, son células prosenquimáticas, alargadas en
dirección longitudinal tales como vasos, traqueidas y fibras [Díaz-Vaz, 2003].
Las células más notorias del sistema axial son los vasos los que se conocen también como
traqueas o poros. Estas células son de lúmenes amplios notoriamente mayores al resto de
las células, que se unen por sus extremos que pueden llegar a medir varios metros de
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longitud. En algunas especies los vasos son de diámetros tan grandes que es posible
observarlos a ojo desnudo [Díaz-Vaz, 2003].
Vasos:
Los vasos son células que tipifican a las maderas de latifoliadas. Sin embargo, hay algunas
especies cuyas maderas están desprovista de vasos, como es el caso en las familias de
dicotiledoneas: Amborllaceae, Trochodendraceae, Tetracentraceae y Winteraceae [Patel,
1974]. De entre estas especies, en Chile crece el Drimis Winteri (canelo), especie que no
presenta vasos, y no tiene un plan leñoso muy similar al de las confieras. Se diferencia de
ellas sólo por la presencia de radios leñosos multiseriados, los cuales están ausentes en
maderas de coníferas [Díaz-Vaz, 1975].
Los segmentos de vasos, como también se denomina a estas células, tienen largos
generalmente cercanos a un milímetro y características morfológicas y biométricas más o
menos típicas en cada especie [Díaz-Vaz, 1975]. Las singularidades que permiten
diferenciar entre vasos son las siguientes:
Forma de la sección transversal [Díaz-Vaz, 1975].
Grado de asociación entre ellos [Díaz-Vaz, 1975].
Diferencias de diámetro dentro de los anillos y [Díaz-Vaz, 1975].
Distribución y ordenamiento dentro del crecimiento anual [Díaz-Vaz, 1975].
La forma de la sección transversal de los vasos puede ser de las siguientes formas:
• Circular. Los vasos tienen la forma de un círculo,
• Elíptica. Con forma de una elipse o
• Angulosa. Con forma de un poliedro.
La asociación de los vasos es muy importante, de las cuales se distinguen al menos tres
tipos de asociación en los poros: solitarios, múltiples y agrupados.
• Vasos solitarios: Estos se encuentran separados unos de los otros, manteniendo, sin
modificación, la forma de sus secciones [Díaz-Vaz, 2003].
• Vasos múltiples: Poros ordenados en filas en las que las partes de las paredes en
contacto están aplanadas [Díaz-Vaz, 2003].
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• Vasos agrupados: Son los que forman un conjunto sin estar distribuidos en filas
[Díaz-Vaz, 2003].
• Tipos de porosidad: el ordenamiento de los vasos en el anillo se puede realizar
independiente de la distribución que ellos tengan dentro del anillo anual. De
acuerdo a la variación que tiene el diámetro dentro del incremento anual se
identifican tres tipos de porosidades que son las siguientes:
• Porosidad circular: maderas cuyos vasos tienen al inicio de los anillos diámetros
notoriamente mayores que los que se encuentran en las zonas terminales. Los poros
de mayor dimensión forman una banda inicial tangencial y luego de manera abrupta
reducen sus diámetros hacia la zona terminal del anillo. [Díaz-Vaz, 2003].
• Porosidad semicircular: maderas que tienen poros con diámetros notoriamente
mayores al inicio del anillo pero, a diferencia de la porosidad circular, en ésta se
presenta una transición gradual del diámetro hacia la zona terminal del anillo.
También corresponden a este tipo de porosidad las maderas que tienen una zona
inicial con poros muy apretados entre si, aún cuando los diámetros no sean tan
marcadamente mayores a los de la zona terminal del anillo [Díaz-Vaz, 2003].
• Porosidad difusa: maderas con poros similares en el anillo.
• Distribución y ordenamientos de los vasos del anillo: Se distinguen también
distintos ordenamientos destacándose el agrupamiento en bandas [Díaz-Vaz, 2003].
• La distribución y ordenamientos de los vasos en el anillo son las siguientes:
• Poros en bandas tangenciales: Los poros se encuentran ordenados en bandas
perpendiculares a los radios leñosos. El número de filas es variable así como
también el número de poros que las integran [Díaz-Vaz, 2003].
• Poros en bandas radiales: Los vasos se encuentran ordenados en filas orientadas más
o menos paralelas a los radios leñosos. Estas bandas pueden ser rectas o
zigzagueantes [Díaz-Vaz, 2003].
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• Poros con ordenamiento ramificado: Los poros se ordenan en filas, en direcciones
radiales y tangenciales, los cuales bifurcan una o más veces. Tendencia a un
ordenamiento de este tipo, también denominado dendrítico [Díaz-Vaz, 2003].
Traqueidas y fibras:
En las maderas de especies latífoliadas se presentan diferentes tipos de células
prosenquimáticas, reconocible por sus dimensiones y formas específicas, se distinguen las
siguientes:
• Traqueidas vasculares: Son células ordenadas en filas longitudinales muy
semejantes a los vasos. Se diferencian de los vasos por ser células con paredes
terminales no perforadas, es decir, sin placas de perforación en las paredes
terminales [Díaz-Vaz, 2003].
• Traqueidas vasincéntricas: Estas células tienen forma similar a las traqueidas de
coníferas con extremos redondeados y cerrados; pero son más cortas. Son células
con punteaduras areoladas en las paredes tangenciales y radiales que se ubican
rodeando a los vasos, pero no están asociadas en cadenas como el caso de las
anteriores [Díaz-Vaz, 2003].
• Fibrotraqueidas: Elementos de transición entre las traqueidas y fibras. Tienen
paredes que en la mayoría de los casos son anchas, y de lúmenes normalmente
estrechos. En estas células las punteaduras areoladas están, en mayor proporción, en
las paredes tangenciales que en las radiales y que de acuerdo a la definición
propuesta por IAWA (1989) tienen cámaras de más de 3 micrones de diámetro. Sus
paredes terminales son redondeadas, aguzadas y no perforadas [Díaz-Vaz, 2003].
• Fibras libriformes: Corresponden a células de lúmenes más estrechos y paredes más
gruesas que las paredes de fibrotraqueidas. Presentan punteaduras simples o
punteaduras similares a las areoladas, muy pequeñas con cámaras de menos de 3
micrones de diámetro. De acuerdo a varios autores, las punteaduras de estas células
se encuentran en su gran mayoría en las paredes tangenciales. En algunas especies
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 38
mantienen sus contenidos celulares y cumplen funciones de almacenamiento [Díaz-
Vaz, 2003].
Parénquima axial:
Las células del parénquima longitudinal, también denominadas parénquima axial, son
células de paredes delgadas, con punteaduras simples y caracterizadas por conservar su
protoplasma. Por ello, en la observación microscópica, estas células aparecen más oscuras
que las células de prosénquima; que tienen sus lúmenes desprovistos de contenido celular
[Díaz-Vaz, 2003].
1.4.2.2 Sistema transversal
El sistema transversal de latifoliadas está formado por radios leñosos integrados
exclusivamente por células del parénquima. No existen, como en el caso de las coníferas,
células prosenquimáticas (radio-traqueidas) incluidas en los radios leños [Díaz-Vaz, 2003].
Los radios leñosos en las latífoliadas, se clasifican en:
• Uniseriados, que son aquellos que poseen una sola célula de ancho y [Díaz-Vaz,
2003].
• Multiseriados, que tienen más de una célula de ancho [Díaz-Vaz, 2003].
• Las células que constituyen a los radios leñosos son:
• Células procumbentes: Ellas se aprecian de manera muy notoria como células
alargadas radialmente [Díaz-Vaz, 2003].
• Células erectas: Estas células erectas, presentan forma de columna, esto es, son más
altas que largas [Díaz-Vaz, 2003].
• Los criterios para caracterizar los radios leñosos son:
• Ancho
• Altura
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• Tipos de células presentes
• Proporción y ubicación de las células participantes.
1.5 Macroscopía de la madera
La madera puede caracterizarse sobre la base de algunos atributos como: el olor, los anillos
de crecimiento anual, la presencia de albura y duramen y la dirección de las fibras, entre
otros [Ananias, 1993]. Además de las características antes mencionadas
microscópicamente, son perceptibles con los sentidos, las denominadas características
organolépticas [Díaz-Vaz, 2003].
1.5.1 Características organolépticas
En el campo macroscópico, hay una serie de características que son apreciables con otros
sentidos aparte de la vista. Por ello, se les denomina características organolépticas. Termino
que agrupa las siguientes singularidades:
Color:
Es una de las características organolépticas más importantes de la madera, por cuanto es de
fácil observación y está asociada a propiedades y singularidades muy diversas. El color se
origina por la pigmentación que aportan los compuestos de la madera, entre los que se
puede citar: polisacáridos, lignina, resinas, gomas y derivados técnicos, entre otros [Díaz-
Vaz, 2003].
Textura:
Esta característica está referida al tamaño y distribución de los elementos celulares dentro
del incremento anual. Para constatar la textura se debe observar la sección transversal de la
madera. Así se puede distinguir la textura gruesa mediana y fina, lo cual depende
directamente del tamaño de sus células [Díaz-Vaz, 2003].
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 40
Veteado:
Se denomina así al dibujo presente en las superficies longitudinales de la madera. Se
producen dos tipos de dibujos producidos por el veteado: uno es el denominado cuarteado,
que corresponde a un dibujo de líneas paralelas más oscuras que el resto de la madera,
originadas por las maderas tardías. Este dibujo se produce al cortar la madera, en planos
longitudinales radiales. El otro dibujo denominado floreado, que corresponde a un dibujo
de forma irregular, ondulado y piramidal, formado por las maderas tardías. Este tipo de
dibujo se produce al cortar, en un plano longitudinal tangencial paralelo al eje del fuste, a
los anillos de crecimiento que tienen forma cónica [Díaz-Vaz, 2003].
La intensidad del veteado, depende directamente de la diferencia de color entre la madera
temprana y tardía, dependiendo de esto se distinguen tres tipos de veteados que son: el
pronunciado, suave y liso [Díaz-Vaz, 2003].
Grano:
Esta es una característica organoléptica referida a la dirección que tienen las fibras respecto
al eje del fuste. Para su determinación se considera la dirección de las fibras, observando el
fuste en un plano tangencial, desde la base hacia la copa [Díaz-Vaz, 2003].
Anillos de crecimiento:
Un anillo de crecimiento es un manto continuo de células que, con la forma de un cono, se
sobrepone a los anillos ya existentes. Todos los años, con la llegada de la primavera, se
comienza a agregar un nuevo anillo de crecimiento el que cubre fuste, ramas y raíces [Díaz-
Vaz, 2003].
1.6 Resumen:
En cualquier investigación referente a la madera, es de suma importancia conocer la
estructura anatómica de esta. La madera se compone de células las cuales están constituidas
químicamente por celulosa, hemicelulosa, lignina y extraíbles. La célula se compone de una
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pared celular, y de un lumen. En este último se almacena la llamada agua libre y entre la
pared y el lumen la denominada agua ligada.
Las especies madereras forestales se separan en dos grandes grupos que son las coníferas y
latifoliadas, las cuales se diferencian tanto macroscópicamente como microscópicamente.
Tanto en coníferas como en latifoliadas, al cortarse transversalmente un fuste, se puede
distinguir lo siguiente: corteza, cambium, xilema que esta constituido por albura por su
pigmentación alba y el duramen por su color más oscuro por la presencia de extraíbles y
que corresponde a tejido muerto, la medula que es el centro de esta, también la
denominada madera de primavera y verano que con su cambio de tonalidad forman los
denominados anillos de crecimiento que representan a un año de vida del árbol.
Para el estudio de este seminario es importante conocer la anatomía de la especie, ya que
esta información proporciona datos tales como: largo de punteaduras, diámetro de las
traqueidas, radios leñosos etc. ya que estas características determinan las denominadas
propiedades físicas y mecánicas que son tema de estudio del capítulo II.
Las características anatómicas especificas del pino oregón y pino radiata, serán analizadas
en el capitulo III.
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CAPITULO II
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA MADERA
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2.1 Introducción:
La madera es un material higroscópico. Tiene la capacidad de captar y ceder humedad en su
medio, proceso que depende de la temperatura y humedad relativa del ambiente. Este
comportamiento es el que determina y provoca cambios dimensionales y deformaciones en
la madera [Fritz, 2004].
La madera elaborada a través de un proceso de aserrío se denomina pieza de madera y
posee propiedades definidas, que son sus propiedades físicas y mecánicas [Fritz, 2004].
Independientemente de la especie, la madera puede ser considerada como un material
biológico, anisotrópico e higroscópico [Fritz, 2004].
Es un material biológico, ya que está compuesto principalmente por moléculas de celulosa
y lignina. Siendo madera elaborada, puede ser biodegradada por el ataque de hongos e
insectos taladradores, como son las termitas [Fritz, 2004].
Por ello, a diferencia de otros materiales inorgánicos (ladrillo, acero y hormigón, entre
otros), la madera debe tener una serie de consideraciones de orden técnico que garanticen
su durabilidad en el tiempo [Fritz, 2004].
La madera es un material anisotrópico. Según sea el plano o dirección que se considere
respecto a la dirección longitudinal de sus fibras y anillos de crecimiento, el
comportamiento tanto físico como mecánico del material, presenta resultados dispares y
diferenciados. Para tener una idea de como se comporta, la madera resiste entre 20 y 200
veces más en el sentido del eje del árbol, que en el sentido transversal [Fritz, 2004].
Debido a este comportamiento estructural tan desigual, se ha hecho necesario establecer:
• Eje radial
• Eje tangencial
• Eje longitudinal
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Imagen 9. Ejes direccionales de la madera
Fuente [Fritz, 2004]
El eje tangencial, como su nombre lo indica, es tangente a los anillos de crecimiento y
perpendicular al eje longitudinal de la pieza, el eje radial es perpendicular a los anillos de
crecimiento y al eje longitudinal, y El eje longitudinal es paralelo a la dirección de las
fibras y por ende, al eje longitudinal del tronco. Forma una perpendicular respecto al plano
formado por los ejes tangencial y radial [Fritz, 2004].
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Imagen 10. Dirección tangencial
Fuente [Fritz, 2004]
Imagen 11. Dirección radial
Fuente [Fritz, 2004]
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Imagen 12. Dirección longitudinal
Fuente [Fritz, 2004]
2.2 Propiedades Físicas
El aprovechamiento de una especie maderera como materia prima de cualquier proceso
industrial, depende entre otros factores de las propiedades físicas de la madera. Las
propiedades físicas incluyen la humedad y su efecto sobre el comportamiento de la
madera y los cambios dimensionales de la madera. Además de una de las más importantes
propiedades físicas de la madera, tal como la densidad. Como la madera es un material
poroso y heterogéneo en su estructura y que presenta un comportamiento anisotrópico e
higroscópico, sus propiedades físicas son también variables. El conocimiento de las
propiedades físicas básicas de la madera tales como contenido de humedad, densidad y
cambios dimensionales, permite procesarla bien y mejor utilizar la madera como material
[Ananias, 1993].
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2.2.1 Contenido de humedad (CH)
La estructura de la madera almacena una importante cantidad de humedad. Esta se
encuentra como agua ligada (savia embebida) en las paredes celulares y como agua libre,
en el interior de las cavidades celulares [Ananias, 1993].
Para determinar la humedad en la madera, se establece una relación entre masa de agua
contenida en una pieza y masa de la pieza anhidra, expresada en porcentaje. A este
cuociente se le conoce como contenido de humedad [Ananias, 1993].
La presencia de agua en la madera es un hecho conocido, ya que ésta es indispensable para
la vida de las plantas. Cuando el árbol es volteado, su madera conserva una cierta cantidad
de agua que se localiza tanto en los lúmenes celulares como en la pared celular y en otros
espacios que pueden presentarse en la madera. La cantidad de agua existente en la madera
puede variar mucho según la especie, el tipo de madera (albura o duramen) y la edad de la
madera (madera juvenil o madera adulta) [Ananias, 1993].
El contenido de agua o contenido de humedad puede definirse como la masa de agua
contenida en una pieza de madera expresada como porcentaje de la masa de la pieza en
estado anhidro. El contenido de humedad de la madera se calcula con la expresión
siguiente:
0
2
mm
CH OH= (Ecuación 1)
Donde,
CH : Contenido de humedad.
OHm 2 : Masa de agua presente en la madera.
0m : Masa anhidra, es decir, sustancia madera al 0% contenido de humedad.
La masa de agua se puede escribir como:
02 mmm humedaOH −= (Ecuación 2)
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Reemplazando la ecuación 2 en la 1, obtenemos la siguiente formula, expresada como
porcentaje:
[ ]%1000
0 ×−
=m
mmCH humeda (Ecuación 3)
La ecuación 3 se conoce como el “Contenido de humedad en base seca”, lo cual significa
que la masa de agua que la madera contiene es superior a la masa de la pieza en estado
anhidro, en cambio cuando el denominador de dicha expresión matemática, se sustituye por
la masa húmeda, se conoce con el nombre de “Contenido de humedad en base verde”.
El procedimiento y ensayo para calcular el contenido de humedad está establecido en la
norma chilena NCh176/1 OF1984 Madera- Parte 1: Determinación de humedad, que se
determina de la siguiente forma:
2.2.1.1 Métodos medición contenido de humedad Para determinar el contenido de agua en la madera, se utiliza con frecuencia el método
gravimétrico. Se corta una probeta de un largo de 3 a 4 cm en la dirección de las fibras y se
pesa con una precisión de 0,1 g. En seguida, la probeta se seca en una estufa a una
temperatura de 103± 2°C por 24 horas y se pesa nuevamente. Finalmente se calcula el
porcentaje del contenido de agua con la ecuación 3. Para obtener un buen resultado se
deben tomar varias precauciones: La probeta debe cortarse no menos de 15 cm de los
extremos de la tabla. No se debe dejar pasar más de algunos minutos entre el corte y la
primera pesada de la probeta, si no envolver la probeta en una bolsa o película de
polietileno y mantener en un congelador bajo 0 °C[Ananias, 1993].
Para determinar la distribución de agua en el espesor de la madera (gradiente de humedad),
se divide una probeta en tres secciones dos superficiales y una central; cada sección se pesa,
se seca en estufa a 103 °C hasta peso constante, igual como la probeta para la
determinación del contenido de humedad [Ananias, 1993].
Además del método gravimétrico, otros métodos más rápidos para determinar la humedad
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de la madera son los métodos eléctricos (xilohigrómetro).
El xilohigrómetro eléctrico mide las propiedades eléctricas de la madera, tales como la
resistencia eléctrica y la constante dieléctrica [Ananias, 1993].
El xilohigrómetro de resistencia es un instrumento que mide la resistencia eléctrica de la
madera mediante electrodos en forma de agujas montadas en el extremo de un martillo y
que se clavan con un golpe en la madera. Para utilizarlo bien, es conveniente conocer el
principio de su operación y sus limitaciones [Ananias, 1993].
La madera tiene una resistencia eléctrica que varia fuertemente con el contenido de
humedad y en menor grado con la temperatura. Además depende de la especie. En el estado
seco(a 9% de humedad y 20°C) la madera es un muy buen aislante eléctrico con una
resistencia eléctrica aproximada de 1.000 millones de ohm. En cambio, a 30% de
humedad la resistencia eléctrica es de 200 mil ohm, y a 80% de humedad la resistencia
eléctrica de la madera es de 11 mil ohms. La relación entre resistencia eléctrica cambia
entre 20% y 10% de humedad por un factor aproximado de 4 mil, mientras que entre 50%
y 40%, cambia solamente por un factor de 2. Se desprende entonces, que la sensibilidad
del instrumento es mucho más grande a bajas humedades que a altas humedades de la
madera. No obstante, a contenidos de agua por debajo de 8%, la resistencia eléctrica es tan
alta (mas de 10.000 millones de ohm) que la medición es casi imposible, como
consecuencia de corrientes parásitas pasando por el material aislante que separa los
electrodos del instrumento [Ananias, 1993].
En la práctica el medidor de humedad de resistencia funciona bien entre las humedades de
contenidos de agua entre 8% y 25%, con una precisión del orden de ± 2. Con todo existen
en el mercado aparatos con escalas de 5% o 6% hasta 100% pero se debe tener mucho
cuidado al interpretar los resultados fuera del rango de 8% a 25%, ya que se pueden indicar
valores muy imprecisos [Ananias, 1993].
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2.2.1.2 Conceptos relacionados a la humedad de la madera
Como se menciona anteriormente la madera al ser cortada en el bosque se encuentra con
sus lúmenes celulares y paredes celulares saturados de agua. A esta condición de humedad
en la madera se le designa como contenido de humedad máximo (CH max.).
Como la madera es un material higroscópico absorbe o entrega agua de acuerdo a las
condiciones ambientales, lo cual hace variar el contenido de humedad dependiendo del
ambiente en que se encuentre. Si se ha iniciado el proceso de pérdida de humedad, la
madera entrega al ambiente el agua libre contenida en sus lúmenes celulares hasta alcanzar
el punto de saturación de las fibras (PSF), que corresponde al contenido de humedad en el
cual se ha eliminado toda el agua libre del interior de los lúmenes celulares y las paredes
celulares se mantienen completamente cubiertas de agua. El contenido de humedad en el
PSF depende de varios factores y es variable para las diversas especies. Sin embargo, para
fines prácticos se acepta en general un 28% como promedio [Ananías, 1993].
Por debajo del punto de saturación de las fibras y al continuar el proceso de pérdida de
humedad, la madera comienza a perder agua contenida en sus paredes celulares, hasta
alcanzar un contenido de humedad en el cual el proceso se detiene. Este estado se designa
como contenido de humedad de equilibrio (CHE). El contenido de humedad de equilibrio
de la madera depende fundamentalmente de la especie, la temperatura y la humedad
relativa del ambiente en que se encuentre la madera (Figura 5). La pérdida de humedad por
debajo del contenido de humedad de equilibrio solo puede lograrse mediante secado
artificial, el que permite finalmente extraer, si se desea, toda el agua contenida en la
madera, es decir llegar al estado anhidro, lo cual es teórico ya que es imposible de obtener
madera seca al 0% de contenido de humedad, por 2 razones principalmente, primero porque
al sacarla de la cámara captaría humedad y segundo que la madera es incapaz de soportar
tales tensiones de secado [Ananías, 1993].
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2.2.2 Densidad de la madera
La densidad de la madera expresa la relación entre la masa de los distintos tipos de
elementos que forman la madera y el volumen que ellos ocupan [Ananias, 1993].
Como la madera es un material poroso, debe considerarse al referirse a la densidad de la
madera el volumen interno de espacios vacíos existentes [Fritz, 2004].
El contenido de humedad de la madera influye sobre la relación madera-volumen, es decir,
es afectado el peso y las dimensiones de la madera. Por ello se conocen distintos tipos de
densidad, entre ellas destacan la densidad básica y la densidad de referencia.
La densidad básica considera masa anhidra y volumen de la madera saturada con agua, lo
que se expresa como:
gg V
mD 0
,0 = (Ecuación 4)
Donde,
gD ,0 : Densidad básica.
0m : Masa anhidra, es decir al 0% de contenido de humedad
gV : Volumen verde., es decir, con un contenido de humedad sobre el PSF.
La densidad de referencia considera masa y volumen en las mismas condiciones de
humedad, lo que se puede expresar como:
a
aaa V
mD =, (Ecuación 5)
Donde,
aaD , : Densidad de referencia.
am : Masa al “ a “contenido de humedad
aV : Volumen al “ a “contenido de humedad
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Así dependiendo del contenido de humedad, se pueden distinguir las siguientes densidades
de referencia:
• Densidad Normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera con un
contenido de humedad del 12% [Fritz, 2004].
• Densidad Nominal: Es la que relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen
con un contenido de humedad del 12% [Fritz, 2004].
De acuerdo a la densidad normal las maderas pueden clasificarse técnicamente en maderas
livianas, semi-pesadas y pesadas [Fritz, 2004].
La norma chilena NCh 176/2 Of 1986 Mod. 1988 Madera-Parte 2: Determinación de la
densidad, establece las siguientes densidades de la madera, determinadas a partir del
contenido de humedad de la pieza [Fritz, 2004].
2.2.2.1 Medición de la densidad La determinación de la densidad puede ejecutarse midiendo la masa y el volumen de la
madera mediante métodos muy sencillos [Ananias, 1993].
La medición directa de la masa y el volumen de madera, se realizan pesando la madera en
una balanza con una precisión de 0,1 g y luego recogiendo las dimensiones en espesor,
ancho y largo de la madera, para poder calcular con ellas su volumen. Cuando la madera no
tiene una forma regular, se recomienda medir el volumen por inmersión en agua. Una
forma muy práctica de medir el volumen según este método, esta basado en el principio de
Arquímedes, esto es, se pesa un recipiente con agua y luego en el mismo recipiente con
agua se introduce la madera sumergiéndola completamente y se vuelve a pesar el recipiente
con la madera sumergida en él. La diferencia de peso es igual al volumen de la muestra de
madera, ya que se asume que la densidad del agua es igual a 1 g/cm3 [Ananias, 1993].
Si se desea determinar el volumen por inmersión en agua para estimar la densidad de
referencia a 12 % de humedad, la norma sugiere impermeabilizar previamente la muestra
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de madera con parafina sólida caliente, o usar un fluido de densidad conocida y que no
tenga afinidad con la madera, tal como la inmersión mercurio [Ananias, 1993].
Si se desea determinar la densidad básica de la madera, se debe saturar con agua la muestra
de madera, luego medir el volumen por inmersión o por medición directa y posteriormente
secar en estufa a 103 °C por 24 horas para obtener la masa anhidra de la muestra de
madera [Ananias, 1993].
2.2.3 Contracción e hinchamiento en la madera Como se menciona anteriormente, la madera contiene una cierta cantidad de agua
depositada en los lúmenes celulares y en las paredes celulares de las fibras. Normalmente
cuando la madera intercambia humedad de la pared celular, se producen a consecuencia de
este intercambio, variaciones en las dimensiones de la madera, las que son conocidas como
contracción o hinchamiento [Ananías, 1993].
Como la madera tiene un comportamiento anisotrópico, los cambios dimensionales
normales de la madera son de magnitudes diferentes en las direcciones tangenciales,
radiales y longitudinales. La contracción tangencial es 1,5 a 3 veces mayor que la
contracción radial y la contracción longitudinal es normalmente despreciable en la madera.
Las diferencias entre contracción tangencial y radial son debidas por una parte al potencial
favorecimiento de la contracción en el sentido tangencial que hacen las bandas de madera
de verano, particularmente en coníferas, y por otra a la restricción a los cambios
dimensionales que ejercen los radios leñosos en la dirección radial de la madera. La
limitada contracción longitudinal es debida a la orientación longitudinal de los principales
tejidos constituyentes de la madera [Ananías, 1993].
Ciertos defectos que ocurren durante el secado de la madera son ocasionados por las
diferencias de contracción tangencial y radial, particularmente el defecto denominado
acanaladura. Mientras mayor es la relación Ctg/Crd las maderas son más nerviosas.
Igualmente la contracción longitudinal excesiva puede ocasionar los defectos denominados
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encorvadura y arqueadura [Ananías, 1993].
Por otra parte, también se pueden producir en algunas especies, tales como eucalipto, ciprés
y muchas nativas, variaciones dimensionales anormales cuando sale agua de los lúmenes
celulares. En este caso los cambios dimensionales anormales dan origen a un aplastamiento
de las fibras de la madera, a lo cual se le denomina colapso [Ananías, 1993].
La contracción se calcula comparando los cambios dimensionales con la dimensión inicial
de las piezas, según la relación siguiente:
inicialensionensionalcambioC
_dimdim_
= (Ecuación 6)
100×−
=i
fi
ddd
C (Ecuación 7)
Donde,
C= contracción en porcentaje.
di= dimensión inicial en mm.
df= dimensión final en mm
2.2.3.1 Las tensiones de secado La contracción que experimenta la madera al ser secada permite el desarrollo de esfuerzos
mecánicos a través de su estructura. Estos esfuerzos son afectados por los cambios de
humedad, las restricciones mecánicas, la anisotropía y el comportamiento viscoelástico de
la madera, entre otros factores [Ananías, 1993].
En teoría, desde un punto de vista mecánico, el comportamiento viscoelástico de la madera
implica por una parte que presenta propiedades elásticas, es decir los esfuerzos mecánicos
que pueda desarrollar son proporcionales a la deformación e independientes de la velocidad
de la deformación, y por otra presenta propiedades de un fluido viscoso, o sea, los esfuerzos
son proporcionales a la velocidad de la deformación, pero independientes de la
deformación. Así el comportamiento viscoelástico de la madera implica que los esfuerzos
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que desarrolla son función tanto de la deformación como de la velocidad de la deformación
[Ananías, 1993].
Por lo anterior, cuando la madera se somete a fuerzas externas prolongadas en el tiempo o
por corto tiempo pero superando el límite elástico, al liberar la fuerza la deformación
asociada no se recupera completamente, quedando con una deformación permanente como
consecuencia del comportamiento viscoelástico de la madera. Esta variación de la
deformación en función del tiempo es denominada flujo plástico o deformación plástica. En
adición los cambios de humedad favorecen el desarrollo de esfuerzos higromecánicos, tanto
o más importantes que la deformación plástica [Ananías, 1993].
2.2.3.2 Mecanismos de movimiento interno de humedad Los complejos mecanismos de movimiento interno de agua durante el secado pueden
describirse de manera simplificada como:
Movimiento capilar del agua libre en las cavidades celulares
El movimiento del agua libre en las cavidades celulares, es similar al transporte de agua a
través de una cañería en que el agua que brota por un extremo es continuamente
reemplazado por el agua proveniente del interior [Ananias, 1993].
Difusión del agua ligada en la pared celular
Alrededor del punto de saturación de las fibras, el movimiento capilar pierde importancia
muy rápidamente, a consecuencia del predominio del movimiento de las moléculas de agua
ligada por difusión. El movimiento de agua ligada por debajo del punto de saturación de las
fibras, se produce como resultado de gradientes de contenido de humedad, entre los
pequeños espacios submicroscópicos de la pared celular. Este movimiento es análogo a la
difusión del té en el agua hirviente [Ananias, 1993].
La difusión de agua a través de la madera, puede ser descrita en forma simplificada, para
condiciones de flujo constante por la primera ley de Fick, como lo expresa la siguiente
ecuación:
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LCHSdF oa
Δ⋅⋅= (Ecuación 8)
Donde, F =flujo de humedad en g/cm2-s.
CH =gradiente de humedad en °/1.
Soa =densidad nominal en g/cm3.
L =largo en la dirección del flujo en cm.
d =coeficiente de difusión en cm2/s.
2.2.4 Permeabilidad De La Madera Otra propiedad de la madera de la que depende el movimiento interno de agua es la
permeabilidad. La permeabilidad de la madera es representada por la ley de Darcy.
LPkF Δ
⋅=η
(Ecuación 9)
Donde,
F= flujo volumétrico de líquido que tiene como unidad c3/cm.at.s. k= permeabilidad especifica de la madera que tiene como unidad darcy. η = viscocidad del fluido cp.
PΔ = gradiente de presión que tiene como unidad at. L= largo de la madera en la dirección del flujo en cm. La permeabilidad, juega un rol importante para el movimiento de agua capilar, en cambio
no lo es tanto para el movimiento difusional. En particular el mecanismo de permeabilidad
es relevante cuando se somete la madera a alta temperatura o bajo vacío. Las maderas más
permeables corno el pino radiata se deja secar más rápidamente que las maderas de menor
permeabilidad como el eucalipto y muchas otras especies nativas.
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Además, la permeabilidad de la madera es un parámetro que depende fundamentalmente de
la estructura anatómica de la madera, es decir del tamaño de las punteaduras y otras
cavidades celulares. Cualquier variación de estas características anatómicas afecta la
magnitud de la permeabilidad de la madera, por lo que con frecuencia se presentan grandes
variaciones de la permeabilidad en una misma pieza de madera [Ananías, 1993].
2.3 Propiedades mecánicas de la madera
Las propiedades mecánicas de la madera determinan la capacidad o aptitud para resistir
fuerzas o solicitaciones externas. Se entiende por fuerza externa, a cualquier solicitación
que, actuando exteriormente, altere su tamaño, dimensión o la deforme [Fritz, 2004].
El conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera se obtiene a través de la
experimentación, mediante ensayos que se aplican al material, y que determinan los
diferentes valores de esfuerzos a los que puede estar sometida [Fritz, 2004].
El esfuerzo que soporta un cuerpo por unidad de superficie es la llamada tensión unitaria
[Fritz, 2004].
Cuando la carga aplicada a un cuerpo aumenta, se produce una deformación que se
incrementa paulatinamente. Esta relación entre la carga aplicada y la deformación que sufre
un cuerpo se puede representar gráficamente por una recta, hasta el punto donde se inicia el
límite elástico del material ensayado. Si se sigue aumentando la carga, se logra la rotura del
material [Fritz, 2004].
El límite elástico se define como el esfuerzo por unidad de área de la superficie, en que la
deformación crece en mayor proporción que la carga que se aplica [Fritz, 2004].
El esfuerzo necesario para solicitar un material hasta llegar al límite elástico, determina la
tensión en el límite de proporcionalidad, que es la carga máxima a la cual se puede someter
sin que se produzcan deformaciones permanentes [Fritz, 2004].
La rigidez de un cuerpo se define como la propiedad o capacidad que tiene para resistir la
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deformación al ser solicitado por fuerzas externas. La medida de rigidez de la madera se
conoce como módulo de elasticidad o coeficiente de elasticidad, calculado por la razón
entre esfuerzo por unidad de superficie y deformación por unidad de longitud [Fritz, 2004].
Cuando la carga resulta mayor a la del límite elástico, la pieza continúa deformándose hasta
llegar a colapsar, obteniendo la tensión de rotura de la pieza de madera [Fritz, 2004].
Imagen 13. Grafica carga v/s Deformación
Fuente [Fritz, 2004]
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2.3.1 Ensayos Los ensayos se realizan en dos estados de contenido de humedad, uno con probetas de
humedad superior al 30% (estado verde), y el segundo con probetas de humedad 12%
(estado seco al aire) [Fritz, 2004].
2.3.1.1 Compresión paralela a las fibras
Es la resistencia de la madera a una carga en dirección paralela a las fibras, la que se realiza
en columnas cortas para determinar la tensión de rotura, tensión en el límite de
proporcionalidad y módulo de elasticidad [NCh 973,1986]. Imagen 14. Compresión paralela a la fibra,
Fuente [NCh 973, 1986].
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2.3.1.2 Compresión normal a las fibras
Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una
cara radial, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad y tensión máxima
[NCh 974, 1986].
Imagen 15. Compresión perpendicular a la fibra
Fuente [NCh 974, 1986].
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2.3.1.3 Flexión estática
Es la resistencia de la viga a una carga puntual, aplicada en el centro de la luz,
determinando la tensión en el límite de proporcionalidad, tensión de rotura y el módulo de
elasticidad [NCh 987, 1986]. Imagen 16. Flexión estática
Fuente [NCh 987, 1986].
2.3.1.4 Tenacidad Es la capacidad que tiene la madera de absorber energía al aplicar una carga que actúa en
forma instantánea [NCh 986, 1986]. Imagen 17. Maquina para ensayo de tenacidad
Fuente [NCh 986, 1986].
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2.3.1.5 Cizalle Es la medida de la capacidad de la pieza para resistir fuerzas que tienden a causar
deslizamiento de una parte de la pieza sobre otra [Fritz, 2004].
• Cizalle paralelo tangencial
La solicitación es paralela a las fibras y produce un plano de falla, tangente a los anillos de
crecimiento [NCh 976, 1986]. Imagen 18. Probeta para cizalle tangencial
Fuente [NCh 976, 1986].
• Cizalle paralelo radial
La solicitación es paralela a las fibras y produce un plano de falla perpendicular a los
anillos de crecimiento [NCh 976, 1986]. Imagen 19. Probeta para cizalle radial
Fuente [NCh 976, 1986].
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2.3.1.6 Clivaje tangencial y radial
El clivaje es la resistencia que ofrece la madera al rajamiento. Puede ser tangencial y radial,
dependiendo de la ubicación de los anillos de crecimiento [NCh 976, 1986].
a) Clivaje tangencial
El plano de falla es tangente a los anillos de crecimiento [NCh 977, 1986]. Imagen 20. Clivaje tangencial
Fuente [NCh 977, 1986].
b) Clivaje radial
Es aquel en que el plano de falla es normal a los anillos de crecimiento [NCh 977,
1986]. Imagen 21. Clivaje radial
Fuente [NCh 977, 1986].
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2.3.1.7 Tracción paralela a las fibras
Es la resistencia a una carga de tracción en dirección paralela a las fibras [NCh 975,
1986]. Imagen 22. Tracción paralela a la fibra
Fuente [NCh 975, 1986].
2.3.1.8 Tracción normal a las fibras Es la resistencia que opone la madera a una carga de tracción en la dirección normal a las
fibras [NCH 975, 1986]. Imagen 23. Tracción perpendicular a la fibra
Fuente [NCh 975, 1986].
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Según la posición del plano de falla con respecto a los anillos de crecimiento, se puede
distinguir la tracción normal tangencial y la tracción normal radial [Fritz, 2004].
2.3.1.9 Dureza
Es la resistencia que presenta la madera a la penetración [NCh 978, 1986]. Imagen 24. Ensayo de dureza
Fuente [NCh 978, 1986].
2.3.1.10 Extracción de clavo
Se mide su resistencia por la fuerza necesaria para extraer un clavo de la madera. Se debe
considerar la resistencia al desclave en una superficie paralela a las fibras y en una
superficie normal a las fibras [NCh 979, 1986]. Imagen 25. Ensayo de extracción al clavo
Fuente [Fritz, 2004].
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2.3.2 Factores que afectan las propiedades mecánicas
Existe una serie de variables relacionadas con la estructura natural de la madera que pueden
afectar sus propiedades mecánicas:
2.3.2.1 Defectos de la madera
Recibe este nombre cualquier irregularidad física, química o físico-química de la madera,
que afecte los aspectos de resistencia o durabilidad, determinando generalmente una
limitante en su uso o aplicación [Fritz, 2004].
A continuación se exponen los defectos propios de la madera por elaboración y cuidados en
el almacenamiento y protección en pie de obra, que repercuten en la resistencia o
desempeño de las piezas en servicio [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1 Defectos propios:
Los defectos propios que más inciden sobre las propiedades de resistencia y durabilidad
son:
2.3.2.1.1.1 Nudos sueltos
Abertura de sección relativamente circular, originada por el desprendimiento de un nudo
[Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.2 Grietas Separación de elementos constitutivos de la madera, cuyo desarrollo no alcanza a afectar
dos superficies opuestas o adyacentes de una pieza [Fritz, 2004].
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2.3.2.1.1.3 Fibra inclinada
Desviación angular que presentan los elementos longitudinales de la madera, con respecto
al eje longitudinal de la pieza [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.4 Perforación
Galería u otro tipo de orificio producido por la presencia de insectos taladradores. En
cualquier caso, la madera con este defecto debe ser desechada [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.5 Pudrición
Degradación, descomposición y destrucción de madera por presencia de hongos xilófagos y
ambiente húmedo. La presencia parcial de putrefacción implica una creciente reducción de
la resistencia. No se debe utilizar como material de construcción [Fritz, 2004].
Otros defectos que inciden en la resistencia, pero en menor grado, son:
2.3.2.1.1.6 Bolsillo de corteza
Presencia de masa de corteza total o parcial comprendida en la pieza. Se conoce también
como corteza incluida [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.7 Bolsillo de resina
Presencia de una cavidad bien delimitada que contiene resina o tanino. Se conoce también
como bolsa o lacra. Los efectos que tiene el bolsillo de corteza y/o resina sobre la
resistencia son los mismos descritos para el agujero y/o nudo suelto [Fritz, 2004].
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La medición dependerá de la ubicación que tiene el bolsillo en la pieza, el cual se puede
ubicar en la arista, borde de la cara, en el canto o en la zona central [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.8 Acebolladuras
Separación de la pieza entre dos anillos consecutivos. Cuando aparece en las caras o cantos,
se mide su longitud y separación máxima (mm) [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.9 Alabeos
Deformación que puede experimentar una pieza de madera en la dirección de sus ejes,
longitudinal y transversal o ambos a la vez, pudiendo tener diferentes formas: acanaladura,
arqueadura, encorvadura y torcedura. Estos son defectos típicos por secado inadecuado,
tema que se trata más adelante [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.10 Colapso
Reducción de las dimensiones de la madera durante el proceso de secado, sobre el punto de
saturación de las fibras, y se debe al aplastamiento de sus cavidades celulares. Este defecto
no es admisible en la madera, puede afectar la resistencia y además su presencia [Fritz,
2004].
2.3.2.1.1.11 Rajadura
Separación de fibras de la madera que afecta dos superficies opuestas o adyacentes de una
pieza [Fritz, 2004].
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2.3.2.1.1.12 Médula
Corresponde al tejido parenquimatoso y blando de la zona central del tronco. Afecta la
clasificación por aspecto de superficies que quedan a la vista [Fritz, 2004].
2.3.2.1.1.13 Canto muerto
Se conoce por canto muerto o arista faltante a la falta de madera en una o más aristas de
una pieza. Se mide en la arista, su largo o suma de largos en mm, mayor dimensión en el
canto y mayor dimensión en la cara.
2.3.2.1.2 Defectos por elaboración:
2.3.2.1.2.1 Escuadría irregular
Variación de la escuadría nominal de una pieza producida por la desviación del plano de
corte durante el aserrío, por ejemplo, sobredimensión [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.2 Marca de sierra
Depresión en la superficie de una pieza producida por un corte anormal [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.3 Cepillo desgarrado
Levantamiento de fibras en las superficies cepilladas causado por trabajo defectuoso.
Ocurre con mayor frecuencia al procesar madera verde [Fritz, 2004].
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2.3.2.1.2.4 Cepillo ondulado
Depresiones sucesivas dejadas por cuchillos sobre la superficie de una pieza cepillada
[Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.5 Cepillado incompleto
Áreas de la superficie de una pieza que quedan sin cepillar [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.6 Depresión por cepillado
Concavidad producida durante el cepillado [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.7 Marca de astillamiento
Depresión en las caras cepilladas, causada por desprendimiento de fibras [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.8 Mancha de procesamiento
Cambio de color que puede ocurrir en la madera durante los procesos de aserrío, cepillado
y/o almacenamiento [Fritz, 2004].
2.3.2.1.2.9 Quemado
Carbonización de la madera durante su procesamiento, producida por fricción de la
herramienta [Fritz, 2004].
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2.4 Resumen La madera es un material higroscópico, poroso y anisotrópico. Como es un material que
sufre variaciones dimensionales al cambiar su cantidad de agua presente en los lúmenes
celulares, es muy importante conocer sus propiedades físico-mecánicas, que determinan su
comportamiento frente a cargas las cuales son solicitadas en sus diversas aplicaciones.
Las propiedades físicas de la madera son el Contenido de Humedad, Densidad, Contracción
e Hinchamiento y Permeabilidad. La más importante de todas es el Contenido de Humedad,
ya que de ella dependen todas las demás propiedades físicas, y porque no decirlo también
las propiedades mecánicas.
Las propiedades mecánicas corresponden a la resistencia que opone la madera al estar
sometida a diversas solicitaciones.
Las propiedades físico-mecánicas de la madera, más importantes en el estudio de este
seminario, son la permeabilidad, la resistencia a la compresión, ya sea paralela o
perpendicular a la fibra y a la flexión estática, porqué estas propiedades definirán si el pino
oregón, es o no apta para la manufactura de vigas laminadas, en cuanto a adherencia y
resistencia.
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Tabla 3. Resumen propiedades mecánicas estado seco.
Fuente [Corma, 2003]
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CAPÍTULO III
PINO OREGÓN
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3.1 Introducción:
El objetivo de este seminario es probar experimentalmente que fabricar vigas laminadas
según NCh 2148 of 89 que incorporen pino oregón, mejora su resistencia mecánica a la
flexión, la cual será evaluada según ASTM D 198. Por ende es de suma importancia,
conocer las características específicas de las especies a laminar, tales como su anatomía,
propiedades físicas y mecánicas
3.2 Pino oregón:
3.2.1 Características macroscópicas de la madera.
Posee albura de color amarrillo - ocre a ligeramente rosada, con brillo mediano, olor
ligeramente aromático (resina), textura fina y homogénea, grano derecho y veteado
pronunciado. Anillos anuales bien visibles con un alto porcentaje de madera tardía (madera
de verano). Rayos medulares bien visibles y muy numerosos. El leño tardío es muy
abundante, de color café rojizo. Madera que se puede clasificar entre liviana y
medianamente liviana y de dureza intermedia. Es poco durable en contacto con el suelo.
3.2.2 Usos.
Construcción de edificios, terminaciones interiores, puertas, ventanas, puentes, estacas para
minas, cajones y envases, tonelería, botes y barcos, muebles, chapas y terciado. Se puede
usar también en madera laminada
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3.3.3 Características Especificas del Pino oregón.
Por otra parte, países altamente desarrollados en industrialización de la madera, tales como
Canadá, han construido siempre con Pino oregón, especie exótica de las siguientes
características:
• Nombre científico o latino: Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco.
• Nombre común o vulgar: Pino de Oregón, Abeto de Douglas.
• Familia: Pinaceae.
• Origen: Su área de origen se extiende por la parte occidental de América del Norte.
• Toma su nombre del célebre recolector botánico David Douglas, quien introdujo por
primera vez sus semillas en Europa en 1827.
• Árbol perennifolio y monoico.
• Presenta gran talla, pudiendo alcanzar los 100 m de altura. Es uno de los árboles de
mayor crecimiento en el continente europeo, donde el ejemplar más alto, que vive
en Gran Bretaña, ha superado los 55 m. de altura.
• El tronco es perfecto y se alza en vertical hasta, como hemos visto, alturas
considerables, por lo que ha sido, y es todavía, aprovechado como productor de
preciada madera.
• Otra particularidad de este árbol es su corteza profundamente acanalada y de
llamativo color marrón rojizo.
• Acículas suaves, flexibles, de 15-30 mm de longitud, dejan una cicatriz oval en la
rama al caerse y presentan un color verde-azulado, característica propia de la
variedad "glauca" que nos ocupa.
• Desprenden un fuerte olor a limón o mandarina al frotarlas.
• Hojas aciculares y suaves de 2-3 cm., de color verde con dos bandas blancas debajo.
• Se caracteriza por tener grandes conos (8 a 10 cm.) de longitud de semillas
colgantes, que presentan ciertas escamas sobresalientes acabadas en tres picos.
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• Escamas de los estróbilos femeninos persistentes, las tectrices exertas y trilobadas.
Semillas.
• Estróbilos masculinos axilares y numerosos en la cara inferior de las ramas.
Estróbilos femeninos péndulos.
• Piñas ovoides-cónicas de 5-10 cm de longitud, de color marrón oscuro, con escamas
divididas en 3 gajos.
• Es uno de los árboles madereros más importantes, con múltiples aplicaciones en
carpintería, ebanistería, pasta de papel y como madera estructural para la
construcción de vigas, traviesas de ferrocarril, entarimados, postes de minas, etc.
• Muy empleado como ornamental y en repoblaciones forestales.
• Situado en un espacio abierto, sobre una pradera, ejercerá como poderoso punto de
atracción focal.
• Requiere climas y suelos frescos y húmedos, además de ligeramente ácidos.
• Soporta los de naturaleza yesosa y caliza, pero en estos últimos su follaje se vuelve
más pálido, casi azulado.
• Pleno sol o poca sombra.
• Se cría en suelos frescos y húmedos, preferentemente silíceos, ya que tolera mal la
cal, y necesita cierta humedad ambiental.
• En España aparece como planta ornamental y en algunas repoblaciones en puntos
del norte, noroeste y Sistema Central.
• También puede ser incluido en plantaciones mixtas de coníferas, de marcado acento
contrastante.
• Al igual que otras coníferas de gran porte, el abeto de Douglas no es apto para
jardines de pequeñas dimensiones. Ha de ser plantado en un lugar donde, con el
tiempo, tenga suficiente espacio para desarrollarse.
• Sus raíces son muy superficiales, por lo que es sensible a los fuertes vientos.
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• Se multiplica por semillas, que deben estratificarse antes de la siembra durante 15-
20 días. La semilla mantiene bastante tiempo su poder germinativo. Las variedades
se propagan por injerto de cuña.
• Siembra: Agua caliente 24 horas. Estratificación en frío a 4 °C (3-4 semanas).
Siembra directa en primavera.
• Como uno de los objetivos de esta investigación es ensayar vigas laminadas que
incorporen pino oregón ya sea solo en su zona de borde con madera de pino radiata
en la zona central o en su totalidad, es importante también conocer las
características de esta última especie.
3.3 Pino radiata
3.3.1 Características macroscópicas de la madera.
La madera presenta una albura blanco – amarillenta y un duramen rojizo. Anillos de
crecimiento muy notorios y anchos, con paso gradual entre madera de primavera y verano.
Alto porcentaje de madera tardía. Canales resiníferos muy visibles en caras longitudinales.
Textura gruesa y abundancia de nudos. Rayos medulares bien visibles y numerosos. Olor
resinoso. Liviana, blanda, poco durable y de baja resistencia mecánica.
Permeable y por lo tanto fácil de secar y de impregnar. Se asierra sin inconvenientes,
comportándose normalmente en los procesos de cepillado, rasurado y machihembrado.
Muy susceptible al ataque de hongos provocadores de la mancha azul. La madera de Pino
radiata puede considerarse como relativamente estable al compararse con Raulí, Tepa,
Laurel, etc. Las contracciones tienden a disminuir con el aumento de la edad, lo mismo con
la homogeneidad de la madera. Dicho de otra madera: Un bosque de mayor edad, en el cual
se ha cumplido con las debidas prácticas de poda y raleos, proporcionará madera más
estable.
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3.3.2 Usos.
Madera especial para fabricar elementos estructurales laminados encolados. Se le usa en
revestimientos tanto interiores como exteriores. En construcción de viviendas (cerchas,
paneles, pisos, cielos, etc.) En postes para cerco y de transmisión. Fabricación de embalajes
y muebles. En moldajes para concreto. Se le utiliza también como materia prima para
pastas celulosas y papel. Se considera adecuada para la fabricación de tableros de fibras y
de partículas. También para maderas contrachapadas, siempre que las plantaciones hayan
tenido podas a edad temprana para evitar la formación de nudos en la madera.
3.4 Propiedades mecánicas
De acuerdo a las variables de estudio de este seminario, es conveniente, conocer las
propiedades mecánicas de ambas especies, relacionadas al comportamiento en flexión de
una viga laminada que incorpore pino oregón, se resumen en la siguiente tabla.
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Tabla 4. Cuadro comparativo entre pino radiata y pino oregón. Los valores son referenciados a manual de clasificación de la
Corma Noviembre 2003 Propiedad mecánica Pino radiata Pino oregón Unidad
Peso especifico 448 408 Kg/m3
Tensión pl 373 492 Kg/cm2
MOR 657 788 Kg/cm2
Flexión
MOE 85.3 93.6 Ton/cm2 Tg R máx 1793 2918 N*cm Tenacidad Rd R máx 1823 1731 N*cm
Tensión pl 185 241 Kg/cm2
Tensión máx 370 380 Kg/cm2
Paralela
MOE 93.8 102.3 Kg/cm2
Tensión pl 71 62 Kg/cm2
Compresión
Normal
Tensión máx 135 115 Kg/cm2
Tg Tensión Rot. 41 18 Kg/cm2 Tracción Normal Rd Tensión máx 24 12 Kg/cm2 Normal Carga máx 207 270 Kg/cm2 Dureza Paralela Carga máx 290 424 Kg/cm2 Tg Tensión Rot. 76 80 Kg/cm2 Cizalle Rd Tensión Rot 68 85 Kg/cm2 Tg Tensión Rot 44 26 Kg/cm2 Clivaje Rd Tensión Rot 33 25 Kg/cm2 Normal Carga máx 40 85 Kg/cm2 Extracción clavo Paralela Carga máx 28 34 Kg/cm2
Fuente personal [Messer, 2006]
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3.5 Características Anatómicas
Debido a que ambas especies son de la familia de las coníferas, es conveniente para el
estudio del seminario, comparar sus principales características anatómicas de ambas
especies.
La albura del pino oregón, es de un color amarillo-ocre a ligeramente rosada, en cambio el
pino radiata presenta una albura blanco-amarillenta.
Los anillos de crecimiento, son bien visibles, con un alto porcentaje de madera tardía al
igual que el pino radiata, aunque esta presenta un paso más gradual entre la madera de
primavera y verano.
El pino radiata, posee radios leñosos heterogéneos con radio traqueidas dentadas, en
cambio el pino oregón, se caracteriza por sus radios leñosos fusiformes con canal
resinífero.
Ambas especies poseen canales resiníferos, que son fáciles de reconocer a ojo desnudo.
A diferencia del pino radiata, el pino oregón se caracteriza por que el diámetro de sus
traqueidas varía muy poco dentro del anillo.
Estas son algunas de las diferencias más destacables entre ambas especies en estudio,
aunque cabe señalar que la especie de principal importancia es el pino oregón, la cual se
usara para fabricar vigas laminadas que serán ensayadas y evaluadas según la norma ASTM
D 198.
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3.6 Resumen
De acuerdo a los valores de la tabla 4, seria posible deslumbrar, que el pino oregón, se
comporta mejor a todas las variables de estudio descrito en el planteamiento del problema,
que el pino radiata, por ende tendrá un buen comportamiento con el adhesivo debido a su
baja densidad y por ende una buena permeabilidad y por otra parte a la flexión estática,
porque su modulo de elasticidad es mayor. Esto es una consecuencia de su estructura
anatómica, la cual no presenta mayores diferencias, excepto en sus radios leñosos
fusiformes con canales resiníferos.
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CAPÍTULO IV
VIGAS LAMINADAS Y SU FABRICACIÓN
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4.1 Historia de la madera laminada.
En el mundo, la técnica de laminar madera ha sido utilizada durante muchos años en la
fabricación de muebles, artículos deportivos y otros productos. Sin embargo, su aplicación
en estructuras data desde 1909, año en que fue fabricada la primera, por el Sr. Hetzer en
Suiza. Actualmente, las estructuras de madera laminada constituyen un importante
elemento de construcción, especialmente para edificios de grandes luces, apto para una
extensa gama de aplicaciones, ya que permite la creación de estructuras estéticamente
agradables y de grandes posibilidades de diseño arquitectónico y buena construcción. Estas
estructuras se han hecho muy populares en EE.UU, Canadá, Finlandia, Suecia, Noruega,
Holanda, Alemania, Bélgica, etc. [Ortiz, 2004].
La historia de la madera laminada está íntimamente relacionada con el avance de la técnica,
en lo que a adhesivos se refiere. La caseína, en su forma actual, fue introducida alrededor
del año 1900, aportando muy poco para esta nueva industria. Posteriormente, en 1912, fue
introducido el fenol formaldehído, produciéndose un gran auge en este tipo de estructuras y
aún más con la introducción, en el año 1930, de la urea formaldehído, que no fue usada en
forma intensiva hasta la segunda guerra mundial, época en que apareció el resorcinol
formaldehído [Ortiz, 2004].
En Chile, en el año 1964, con el propósito de introducir en el país nuevas aplicaciones para
la madera, el Instituto Forestal (INFOR) realizó la primera construcción científicamente
controlada de una estructura de madera laminada, para la fabricación de un edificio de la
Universidad Técnica del Estado (Actualmente Universidad del Bío-Bío).
Entre otras cosas, en este seminario, se estudiara el comportamiento de una viga de madera
laminada, fabricada con pino oregón en su totalidad y en la zona de borde combinada con
pino radita en la zona central.
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4.2 Madera laminada 4.2.1 Definición La madera laminada es la unión de tablas a través de sus cantos, caras y extremos, con su
fibra en la misma dirección, conformando un elemento no limitado en escuadría ni en largo,
y que funciona como una sola unidad estructural [Ortiz, 2004].
4.2.2 Tipos de Laminados
Dependiendo del sistema de unión, se tienen tres diferentes tipos de madera laminada. Si el
elemento de unión es clavo, será madera laminada clavada; si es perno, será madera
laminada apernada, y, si es por medio de cola, ésta se llamará madera laminada encolada, la
cual es más conocida comúnmente como "madera laminada". Los elementos de madera
laminada están formados por un determinado número de láminas, ubicadas paralelamente al
eje del elemento. A su vez, las láminas están compuestas por una o más tablas de madera
unidas de canto, cuya fibra es paralela al largo de la pieza. Por razones de secado y
economía fundamentalmente, se ha llegado a la conclusión que el espesor de las láminas no
debe ser inferior a ¾”, ni sobrepasar las 2” [Ortiz, 2004].
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Imagen 26. Tipos de laminados según el ancho de la lámina
El ancho de la lámina está El ancho de la lámina está Formada por 1 tabla formado por 2 tablas
Fuente, [Ortiz, 2004]. Si las láminas son paralelas al plano neutro de flexión del elemento, se dice que la
laminación es "horizontal" y cuando éstas son normales al plano neutro de flexión, se dice
que la laminación es "vertical". De esta forma se distinguen dos tipos de laminación:
laminación horizontal y laminación vertical [Ortiz, 2004].
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Figura 27. Tipos de laminados en vigas rectas
Laminado horizontal
Laminado vertical
Fuente, [Ortiz, 2004].
Las especies madereras más usadas, son las coníferas, debido a la abundancia de éstas en
todos los países desarrollados del mundo. En Chile, la más empleada es el Pino radiata,
debido a que es la especie más abundante, de rápido crecimiento y bajo costo, con respecto
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a la madera nativa. Además, sus propiedades la señalan como la especie más apta para la
fabricación de madera laminada encolada [Ortiz, 2004].
Las principales características son: su abundancia, su posibilidad de usarla como material
estructural, su apariencia estética, facilidad para encolarla, su bajo peso (debido a su baja
densidad), facilidad de secado, trabajabilidad y permeabilidad, entre otras [Ortiz, 2004].
4.2.3 Ventajas de la Madera Laminada
El adhesivo permite el uso de tablas cortas y angostas que, unidas eficientemente,
pueden conformar piezas estructurales de cualquier espesor, largo, ancho y de
formas no restringidas [Ortiz, 2004].
El espesor de las tablas menor de 50 mm, permite secar la madera fácilmente, al
contenido de humedad de secado (antes de usarla), con menor defecto de secado y
por lo tanto, de la estructura misma [Ortiz, 2004].
El método de fabricación permite el uso de láminas de menor calidad en las zonas
de baja resistencia, con la consiguiente economía, y, utilizar madera de mejor
calidad sólo en las zonas de mayor solicitación (mayor esfuerzo). Además, es
posible usar combinaciones de distintas especies [Ortiz, 2004].
La madera laminada permite diseñar elementos que son prácticos y artísticos, en los
cuales la sección transversal puede variar con los esfuerzos a que queda sometido el
elemento. El elemento terminado no necesita estar oculto o tener una caja de
ubicación, como es el caso de otras construcciones, debido a que es estéticamente
agradable [Ortiz, 2004].
Sus grandes dimensiones en la sección transversal la hacen más resistente al fuego
que construcciones de acero, diseñadas para soportar la misma carga. Estas
construcciones se queman más lentamente y resisten la penetración del calor, en
cambio las construcciones de acero se colapsan. Esto no significa que la madera
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laminada no sea combustible (el avance de la combustión es muy lento, 0,6
mm/min.) [Ortiz, 2004].
Los elementos laminados tienen una baja razón peso/resistencia, por lo cual pueden
ser levantados y puestos en servicio con un bajo costo, además de necesitar muy
poco de la sección para autosoportarse [Ortiz, 2004].
Es posible seleccionar el material según las secciones más solicitadas con madera de
mayor calidad (Grado A) y las menos solicitadas con madera de inferior calidad
(Grado B) [Ortiz, 2004].
4.2.4 Desventajas de la Madera Laminada
Muy a menudo son muy pesadas respecto al uso que se les da [Ortiz, 2004].
Comparadas con la madera sin laminar, son más costosas. Especialmente en vigas
rectas; en vigas curvas no hay comparación. El factor económico comprende 3
rubros: Adhesivo. Mano de Obra y Madera. Lo más caro es la madera; luego
tenemos el adhesivo y la mano de obra, con valores que se equilibran cuando se
emplean en vigas al exterior [Ortiz, 2004].
El factor pérdida durante su fabricación es bastante elevado, alrededor de un 33 a
50%, tanto en madera como en adhesivo, debido a las uniones de extremos,
terminaciones y consideraciones de diseño [Ortiz, 2004].
El adhesivo debe estar condicionado al uso que se va a dar al elemento. Así los
adhesivos que se requieren para estructuras que van al exterior son de elevado costo.
En Chile hay que importarlos [Ortiz, 2004].
Para el diseño y cálculo de estructuras laminadas se requieren los antecedentes de
propiedades y características de la madera. En nuestro país se trabaja con márgenes
de seguridad bastante altos (Razón de resistencia 50-55%), lo que origina elementos
de mayor escuadría y mayor costo [Ortiz, 2004].
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Se necesita, para su fabricación, de equipos y técnicas especiales. Los equipos son
caros. Se debe conocer el proceso y contar con mano de obra especializada [Ortiz,
2004].
No siempre se pueden producir en obra, lo cual implica un costo adicional por
transporte que, a veces, llega a ser elevado, especialmente cuando los elementos son
grandes [Ortiz, 2004].
Elementos de gran longitud y gran curvatura son difíciles de manipular, embarcar y
transportar, lo que incide en el costo final del elemento de, madera laminada.
4.2.5 Aplicaciones de la madera laminada.
4.2.5.1 Vigas
Uno de los componentes básicos que integran un sistema constructivo es la viga. Debido al
crecimiento del árbol, los productos de madera aserrada coinciden en su forma, con las
dimensiones propias de las vigas, pero a la vez fijan limitantes en el ancho, alto y largo que
cada especie tiene. Las vigas laminadas solucionan este tipo de problemas, ya que son
elementos estructurales ideales para cubrir grandes luces [Ortiz, 2004].
Una viga trabaja principalmente a la flexión y corte, en posición horizontal y puede estar
sometida, además, a esfuerzos de tipo axial, tracción o compresión, dependiendo de las
cargas que la soliciten y de la inclinación que tenga. Esto significa que una sección de una
viga soporta diferentes esfuerzos, siendo posible optimizar la forma de la sección según
estos esfuerzos, concentrando las partes más importantes del material, en los cordones
superiores e inferiores, debido a que las mayores tensiones (flexión) están concentradas en
esas áreas. De lo anterior se ha llegado a determinar que aproximadamente el 70 % de la
altura central de la sección transversal de una viga laminada puede estar constituida por
madera blanda o nudosa, sin que reduzca la resistencia, inclusive es posible perforar la viga
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en esta zona, para dejar pasar tuberías de instalaciones a través ella, siempre que en estos
tramos el esfuerzo de corte sea bajo y no estén solicitados por cargas puntuales. Es así
como sólo se requiere de un 30% de madera de alta calidad para las piezas exteriores
[Ortiz, 2004].
La viga recta de sección constante es la más barata de producir, independiente de la forma
de la sección transversal, sea esta rectangular, té, doble té, cajón, como asimismo los pilares
laminados de sección constante. Como ejemplo se puede citar un puente en Canadá, cuyas
vigas principales son de madera laminada, con una luz de 18 metros y una sección de 300 x
1.250 mm. La luz máxima que es posible alcanzar con este tipo de vigas es de,
aproximadamente, 30m [Ortiz, 2004].
Las vigas de sección variable, son muy agradables desde el punto de vista arquitectónico y
prácticas desde el punto de vista estructural, ya que la sección transversal se puede hacer
variar, de acuerdo a los esfuerzos a los que estará sometida la viga. De esta forma se
consigue un mejor aprovechamiento del material a partir de una respuesta de
dimensionamiento consecuente con la variación de los esfuerzos internos [Ortiz, 2004].
4.2.5.2 Arcos
La gran ventaja que ofrece el encolado para este tipo de estructuras, es que hace posible la
construcción de arcos muy eficientes, partiendo de laminaciones delgadas. Estas no tienen
competencia en cuanto a esbeltez, belleza y luz. Resultan elementos esbeltos ya que su
forma asemeja mucho el diagrama de momento Flector. Tomando en consideración la
dificultad de transporte, los arcos se diseñan dependiendo de la luz, en arcos de una, dos,
tres, cuatro o más partes. De acuerdo a esto, los de una unidad se llaman arcos
biarticulados; los de dos unidades, triarticulados; los de 3 ó 4 partes, reciben el nombre de
arcos de secciones, respectivamente [Ortiz, 2004].
Las uniones entre unidades se hacen por medio de planchas metálicas. Esta solución
arquitectónica es usada en todo en mundo, especialmente en Dinamarca, Bélgica, Holanda
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y Estados Unidos, país en el cual se han construido edificios con arcos de madera laminada
que cubren más de 100 metros de luz [Ortiz, 2004].
4.2.5.3 Marcos
Los más frecuentes son los marcos triarticulados, constituyendo una aplicación de la
madera laminada muy atractiva, desde el punto de vista arquitectónico. Es, por supuesto,
corrientemente más caro que un arco, debido a que el marco rígido tiene que tomar mayores
esfuerzos de flexión, esfuerzos que son comparativamente pequeños en los arcos. Debido a
razones arquitectónicas es muy probable que el marco triarticulado de madera laminada
mantenga siempre su popularidad. En los países anglosajones, este tipo de marco
triarticulado es usado para iglesias y es llamado corrientemente marco Tudor. En este
último caso, debe darse especial importancia al peligro de pandeo lateral, cuando se diseñe
la estructura [Ortiz, 2004].
4.3 Adhesivos madera laminada 4.3.1 Adhesivos Por la gran importancia que tienen los adhesivos en el proceso de fabricación de elementos
de madera laminada y debido a que el desarrollo de ésta está cimentado en el desarrollo de
los diferentes tipos de adhesivos que han ampliando las posibilidades de aplicación, resulta
una obligación tratar el tema con la amplitud necesaria para un buen entendimiento de las
características de aplicación de cada uno de ellos. [Ortiz, 2004].
4.3.2 Teoría de la Adherencia
Los problemas de adherencia muestran una gran diversidad de fuerzas que intervienen en
este fenómeno. Los átomos que forman las moléculas están entrelazados por fuerzas
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denominadas "fuerzas o valencias primarias". Por otra parte, las moléculas se unen entre sí
por fuerzas que caracterizan las propiedades físicas y mecánicas y que son conocidas como
"fuerzas o valencias secundarias". Son fuerzas de naturaleza eléctrica y así, ciertas
moléculas asimétricas podrían representarse de una forma bastante intuitiva, como un imán
permanente con una concentración eléctrica positiva en un extremo, y otra negativa en el
otro [Ortiz, 2004].
Por el contrario, otras moléculas de estructura simétrica estarán simplemente sometidas a
variaciones rápidas de densidad de carga y presentarán una polaridad determinada. Estas
dos clases de fuerzas secundarias corresponden a dos categorías de cuerpos, que son
llamados "polares" y "no polares", respectivamente. Pero en ambos casos las moléculas
tienen una acción recíproca, unas sobre otras. Esta teoría explica la cohesión, viscosidad,
tensión superficial, cambios de estado, solubilidad, etc. y permite, por ejemplo, comprender
porqué un sólido conserva una forma determinada [Ortiz, 2004].
Cuando se trata de dos sólidos no porosos, tales como el vidrio, los metales, etc. es evidente
que la resistencia de una unión será función de la sola fuerza de atracción que tendrán las
moléculas de superficies del adherente, sobre las del adhesivo. Por el contrario, al tratarse
de la madera, de estructura celular, puede considerarse que los cuerpos utilizados como
cola, desprovistos de cohesión durante el lapso en que están aplicando, penetrarán en los
poros de la madera, y, solo allí cambiarán las características. Las fuerzas secundarias
aplicarán en la cola, que será retenida por la madera de una manera mecánica, realizándose
así la unión. Al mismo tiempo, ciertas fuerzas secundarias establecerán una auténtica
atracción entre las moléculas de la cola y las de la madera, manteniendo igualmente el
contacto [Ortiz, 2004].
Tendremos en la madera dos modos de acción de los adhesivos, que son, por una parte la
adherencia mecánica, y por otro lado, la adherencia específica. Sin embargo, la adherencia
mecánica es inseparable de la adherencia específica [Ortiz, 2004].
La cola es en principio, fluida y se introduce en las cavidades de la estructura de la madera
y luego se solidifica. La resistencia resultante se debería al entrelazamiento mutuo de los
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sólidos fuertes: madera y adhesivo. El adhesivo afianza el entrelazamiento al fluir desde la
superficie encolada hacia las cavidades sub-superficiales de la madera. En un breve período
comienza a gelatinizarse, transformándose en un semisólido, y, finalmente, la capa
superficial o película, así como los dedos o tentáculos que se han extendido dentro de la
madera, se endurecen, constituyendo un sólido de suficiente resistencia, que permite
mantener la ligazón así constituida. Esto es lo que se llama adherencia mecánica [Ortiz,
2004].
4.3.2.1 Adherencia Específica
Como se ha mencionado, otros materiales no porosos pueden ser unidos satisfactoriamente,
mediante el uso de adhesivos. La adherencia entre dos superficies lisas puede tener una
resistencia a la tracción mucho más grande que una película independiente de la misma
cola. Esto indica que existe otro tipo de adherencia, que recibe el nombre de adherencia
específica y que se debe a las fuerzas de atracción molecular, entre el adhesivo y las
superficies unidas, y que es independiente de cualquier porción de adhesivo que penetre en
los cuerpos que van a unir.
4.3.2.2 Adhesivos para Madera
Las sustancias que pueden utilizarse como adhesivos para madera son todos los polímeros
susceptibles de tener una afinidad específica elevada con la celulosa [Ortiz, 2004].
Muchos plásticos y la mayoría de las sustancias formadoras de películas pueden actuar
como adhesivos para la madera. En general se pueden usar los adhesivos naturales,
adhesivos sobre la base de resinas sintéticas, urea formaldehído, resorcinol- formaldehído,
acetatos de polivinilo, etc. y adhesivos a base de caucho natural o sintético [Ortiz, 2004].
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Los adhesivos más usados en madera laminada son el resorcinol formaldehído, fenol
formaldehído, melamina formaldehído, urea formaldehído y caseína.
Los adhesivos de resorcinol y fenol formaldehído son los más durables e indestructibles.
Menos durables son los adhesivos de urea, los que se aplican adecuadamente para uso
interior, en donde no están sometidos a exposiciones prolongadas a la intemperie y a
condiciones de humedad. Se les conoce como el tipo termo-fraguado, a pesar de que curan
a la temperatura ambiente, debido a que no se pueden refundir o ablandar con el calor una
vez curados.
Actualmente el uso de resinas de resorcinol y fenol-resorcinol como adhesivos para uso
bajo condiciones de humedad y con madera tratada ha hecho posible la utilización de
elementos laminados expuestos a la intemperie. En los últimos años se observa una clara
tendencia a utilizar combinaciones de adhesivos con el fin de aprovechar las mejores
propiedades de cada uno de los componentes [Ortiz, 2004].
Una de las combinaciones que ha dado buenos resultados y que es usada en madera
laminada, es a base de resorcinol fenol - formaldehído, siempre que el contenido de fenol
formaldehído sea menor o igual al 25% de la mezcla [Ortiz, 2004]. Tabla 5. Tipos de preservantes y adhesivos
Fuente [Pérez, 1992]
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4.3.2.3 Clasificación de los Adhesivos para Madera
Los adhesivos para madera pueden clasificarse de diferentes maneras, ya sea atendiendo a
sus características o a la naturaleza del componente principal de ellos. De acuerdo a la
norma ASTM aparece una clasificación de importancia basada en la temperatura de
fraguado:
Adhesivo de fraguado en frío.
Adhesivo de fraguado a temperatura ambiente.
Adhesivo de fraguado a temperatura intermedia.
Adhesivo de fraguado en caliente.
4.3.2.4 Clasificación Basada en la Durabilidad
Esta es la clasificación más usada para ser utilizada en madera laminada. De acuerdo a esta
clasificación se establecen los siguientes tipos de adherencia:
Clase WBP: A prueba de intemperie y aguas hirvientes. Por ejemplo, adhesivos en base a
fenol - formaldehído y algunas variedades de adhesivos a base de urea" formaldehído.
Clase BR: Los adhesivos de esta clase tienen buena resistencia a la intemperie y al agua
hirviendo, pero fallan bajo prolongadas condiciones de completa exposición a la
intemperie, para los cuales los adhesivos WBP son satisfactorios. Ejemplo de este adhesivo
es la melamina - formaldehído y algunas variedades de adhesivos a base de urea -
formaldehído.
Clase MR: Resistentes a la humedad y moderadamente resistentes a la intemperie. A este
grupo pertenecen los adhesivos que soportan la exposición completa a la intemperie durante
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pocos años; el agua fría durante largo período y el agua caliente durante tiempo limitado,
pero fallan al ser sometidos a la acción del agua hirviendo. Ejemplo de este adhesivo, son
las variedades corrientes de adhesivos a base de urea formaldehído.
Clase INT: Interior. Resistentes a la acción del agua fría durante tiempo limitado y no
siempre resisten el ataque de microorganismos. Ejemplo de este adhesivo es: la cola
animal, adhesivos a base de acetato de polivinilo.
4.4 Fabricación madera laminada
4.4.1 Proceso de fabricación
La producción de elementos de madera laminada, requiere de una fábrica especialmente
diseñada para tal fin. Su diseño y organización puede estar influenciada por el tipo de
elemento que se va a fabricar. Es posible fabricar madera laminada en espacios reducidos,
aunque tiene la desventaja de que los costos son elevados y, además, se presentan
limitaciones en la manufactura de ciertos tipos [Pérez, 1992].
La mayoría de las fábricas se organizan en tres secciones o áreas, desarrollándose en ella
diferentes actividades:
A.- Área de Pre-encolado
a) Almacenamiento.
b) Clasificación.
c) Determinación del contenido de humedad.
d) Uniones de extremo.
e) Elaboración de láminas.
f) Ensamble en seco
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B.- Área de encolado, prensado y fraguado
a) Preparación de moldes y prensas.
b) Preparación de adhesivos.
c) Esparcido.
d) Prensado.
e) Reapriete.
f) Tiempo de prensado y fraguado.
g) Maduración.
C.- Área de terminaciones
a) Elaboración.
b) Clasificación.
c) Protección.
d) Ensayos.
e) Empaque y despacho.
Para cada una de las secciones mencionadas se necesita un área más o menos similar. Las
dos últimas secciones deberán ser implementadas con grúas, destinadas a mover y elevar
piezas de gran tamaño de madera laminada.
Un requerimiento necesario es el control de temperatura y humedad, a fin de asegurar que
la madera se mantenga, durante la fabricación, a un contenido de humedad adecuado.
4.4.1.1 Área de pre-encolado
4.4.1.1.1 Almacenamiento
El proceso de fabricación de la madera laminada comienza con el almacenamiento de la
madera seca. Esto no significa que la fábrica no pueda contar en sus dependencias con sus
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propios secadores, en cuyo caso el secado se agrega como una actividad más el proceso de
fabricación.
Existen diversas formas de almacenar la madera aserrada seca:
Almacenamiento al aire libre: este método se puede usar para madera secada al
aire, parcial o totalmente. Se debe almacenar al aire libre encastillada
correctamente, la que se protege de la intemperie y debe quedar bajo techo.
Almacenamiento en galpones abiertos, está expuesta a las mismas condiciones
atmosféricas que la que se almacena al aire libre. Por lo tanto, este tipo de secado es
adecuado solamente para la madera aserrada que ha sido secada en forma natural.
Almacenamiento en galpones cerrados: se usa generalmente para secar madera
aserrada, que se ha secado a un contenido de humedad bajo, por medio de un secado
artificial. Este galpón debe contar con ventiladores en el techo y paredes que puedan
cerrarse en tiempo húmedo.
Almacenamiento en galpones con ambiente controlado: se usa generalmente
para madera secada artificialmente. En hornos secadores se controla la temperatura
ambiental y humedad relativa y se hace circular el aire caliente de modo que llegue
a todas partes del galpón.
4.4.1.1.2 Clasificación
La clasificación a realizar en la madera es una clasificación por resistencia para laminados,
incluyendo algunas veces otros defectos propios de la clasificación por aspecto, tal como la
mancha azul. La clasificación puede ser en forma visual o mecánica.
La clasificación visual consiste en inspeccionar la pieza de madera y clasificar las
superficies de las caras, cantos y cabezas, de acuerdo a los defectos que en ella se
presenten. Cualquier variación que experimente la madera después de su clasificación
implicará una nueva clasificación. El defecto más importante a considerar son los nudos y
para ello se calcula RAN que es la razón de área nudosa y es la relación de área de nudos
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presente en la pieza y la superficie total de la pieza. Cuando hay presencia de nudos en los
bordes de la pieza de habla de RANB y son de vital importancia que no hallan, ya que la
pieza estará sometida a la mayor cantidad de solicitaciones en dicha a ubicación.
4.4.1.1.3 Determinación del contenido de humedad.
La madera que se comercia para la fabricación de elementos laminados normalmente está
húmeda para los fines de encolado satisfactorio, a menos que se haya sometido a un secado
de aire, por un período conveniente, o a un secado artificial.
El contenido de humedad óptimo es aquel que produce la unión encolada más resistente y
que, al ser incrementada por el agua del adhesivo, se acerque lo más poslble al contenido de
humedad de equilibrio que tendré el elemento laminado, cuando esté en servicio. Cuando
las laminaciones son esparcidas con adhesivos, su contenido de humedad aumenta. El
incremento que se logra depende del espesor de las láminas, del tipo de adhesivo, de las
especie de madera y de la cantidad de adhesivo esparcida. Los adhesivos a los cuales se
agrega agua para su mezcla, tales como caseína y urea formaldehído, provocan el mayor
aumento del contenido de humedad de las laminaciones. No es fácil asegurar que todas las
tablas van a quedar a un mismo contenido de humedad y es por ello que se acepta una
tolerancia del 3% entre láminas adyacentes. Debido a las posibles contracciones y
expansiones, se recomienda que los anillos de las tablas se coloquen formando ángulos
diferentes respecto a la superficie de la madera [Ortiz, 2004].
4.4.1.1.4 Uniones de Extremo
Estas uniones se realizan para lograr elementos cuya longitud sea mayor al largo que es
posible encontrar en la madera comercial. Pueden ser de tope, biseladas, empalmes
dentados (finger joints) y hooked-scarf joint.
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Imagen 28. Tipos de uniones de madera
Fuente [Ortiz, 2004]
Estas uniones podrían afectar las resistencias totales de la estructura, pero ello dependerá
del tipo de unión y de algunas reglas básicas de fabricación y distribución. El tipo de unión
más usada en la madera laminada es la finger-joint debido a la calidad de unión que se
obtiene y además que al realizar ensayos destructivos, no falla en la unión, la ruptura se
produce en otra parte.
Debido a la dificultad de encolar los nudos no es conveniente que ellos aparezcan en los
cortes de las uniones de extremo, dados que quedarán mal unidos y podrían iniciar una
delaminación. Las uniones de tipo finger-joint, hooked-scarf, scarf-joint, etc., se
confeccionan en buenas condiciones sólo con máquinas diseñadas especialmente para ello.
La resistencia de cualquiera de este tipo de unión es muy similar [Ortiz, 2004].
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 101
4.4.1.1.5 Elaboración de las láminas
4.4.1.1.5.1 Espesor de las láminas
La madera que se usa en la fabricación de elementos de madera laminada generalmente se
restringe a 2" de espesor. La razón de esta limitación no es otra que la dificultad, tiempo y
costo de secado de tablas con espesor mayor a 2", a la humedad requerida para el laminado,
sin que se produzca un rechazo exagerado. Las láminas de espesor máximo se ocupan
generalmente en laminados rectos.
Cuando se fabrican elementos curvos, el espesor de las láminas queda definido por el radio
de curvatura del elemento y por los requerimientos de diseño [Ortiz, 2004].
Las diferentes especies madereras tienen diferentes propiedades de doblado y así el espesor
máximo de las láminas depende de la especie seleccionada.
Las láminas hechas de coníferas pueden ser dobladas hasta un radio de curvatura de
aproximadamente 150 veces su espesor. Así, una lámina de 1” de espesor, puede doblarse
con un radio no menor de 3.75 metros. Este valor puede ser más pequeño para láminas más
delgadas y puede incrementarse hasta llegar a 20 veces el espesor de la tabla, para láminas
de hasta 2" de espesor [Ortiz, 2004].
Cuando se fabrican elementos de curvatura pronunciada, existe una gran diferencia entre
elementos interiores y exteriores, por lo que hay que asegurar que las láminas no sean muy
gruesas para asegurar el buen doblez interior. En tales casos es posible usar dos espesores:
láminas delgadas para el interior y láminas gruesas para el exterior [Ortiz, 2004].
4.4.1.1.5.2 Cepillado de las Láminas
En esta etapa del proceso las tablas ya han sido unidas en sus extremos, formando así las
láminas y se procede a preparar sus superficies para el encolado.
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Un cepillado realizado 24 horas antes del encolado produce líneas de cola de buena calidad
y resistencia. Esto incide en superficies limpias, sin contaminaciones y evita posibles
distorsiones debido a cambios en el contenido de humedad.
El lijado de las superficies a encolar las cubre de polvo de aserrín, el cual afecta las
propiedades de encolado de la madera.
El cepillado final reduce las láminas al espesor definitivo, removiendo cualquier indicio de
adhesivos e irregularidades que hayan quedado debido a la unión de extremos.
Cuando las láminas se han cepillado la variación del espesor en todo el largo debe ser
menor a 1/64", en cualquier punto.
Otra razón de requerir un cepillado parejo es la necesidad de asegurar un esparcido
uniforme del adhesivo en las láminas.
4.4.1.2 Área de encolado, prensado y fraguado.
El encolado se realiza durante la vida útil de la mezcla de adhesivo preparado. El equipo
necesario para esta sección de la fábrica es una encoladora y las prensas con sus respectivos
moldes.
La superficie de esta sección dependerá del tamaño de los elementos a laminar,
considerando, además, si los equipos son fijos o portátiles.
4.4.1.2.1 Preparación de moldes y prensas
La forma y método de prensado depende del tipo de producción, del espacio útil disponible
en la fábrica y del rendimiento o producción que se espera obtener.
El sistema de moldes está constituido por determinado número de escuadras, que servirán
de guías y darán la forma y otro tanto de prensas. Las escuadras también se usan como
prensas y estén firmemente fijadas al piso de la fábrica, dándole forma al elemento
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laminado. Las láminas encoladas se colocan sobre ellas y luego se prensan hasta que la
línea de cola haya fraguado [Ortiz, 2004].
Las prensas pueden construirse tanto de acero como de madera. Ambos materiales son
igualmente eficientes. Los moldes de acero están normalmente constituidos por perfiles
canal. Los elementos de madera requieren reemplazos más frecuentes y deberán cuidarse,
durante el prensado, que el adhesivo que escurre de las uniones no se adhiera a ella.
El sistema de tuercas y tensores, si bien es efectivo, es complicado. El periodo de
aplicación de presión debe ser el menor posible. De él, puede depender el éxito del
elemento estructural. La operación en si es una carrera contra el tiempo ya que el período
de ensamble es limitado.
Si se fabrican elementos curvos, las prensas se ubicarán de modo que sostengan las láminas
de menor espesor, o sea, las del interior.
Cualquiera sea el método que se utilice se deberá asegurar que durante las operaciones de
prensado y curado, no exista alteración de la forma del elemento laminado que se fabrica,
hasta que el adhesivo haya fraguado.
El espaciamiento entre las prensas dependerá del tamaño y naturaleza del equipo. Es
normal espaciar las escuadras a intervalos de 60 cm y ubicar cada bloque pensado entre dos
escuadras aunque es mejor establecer un intervalo definitivo entre las prensas y que no sea
mayor de 22 cm para elementos curvos, ni superiores a 30 cm para elementos rectos.
4.4.1.2.2 Preparación del Adhesivo
El adhesivo especificado deberá mezclarse correctamente siguiendo las instrucciones del
fabricante.
La cantidad de adhesivo necesaria dependerá del tipo de adhesivo, de la especie a encolar y
de sus características. Los elementos laminados largos, que necesitan grandes períodos para
ensamblarlas, requieren de una capa más gruesa de adhesivo que los elementos cortos,
fáciles de ensamblar.
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4.4.1.2.3 Esparcido
Se entiende por esparcido a la cantidad de adhesivo colocada en la unidad de superficie,
expresándose en gr/m2, generalmente varía entre 250 a 450 gr/m2. Existen diferentes
métodos para realizar el esparcido del adhesivo: brochas, rodillos manuales, pistolas o
esparcidos mecánicos.
Existen dos tipos de esparcido: simple, en el que se encola una sola cara y doble en el que
se encolan ambas caras.
Para cada tipo de adhesivo existe un esparcido óptimo con el cual se obtienen el mayor
rendimiento y resistencia.
4.4.1.2.4 Prensado
Una vez encoladas las láminas deben ser colocadas en las prensas. El prensado puede
empezar en cualquier parte, pero debe avanzar hacia el o los extremos.
La presión recomendable debe ser tal que provoque un escurrimiento parejo del adhesivo, a
lo largo de toda la línea de cola. Es recomendable, para las coníferas, una presión de 7
kg/m2, y para las latifoliadas de 10 kg/m2.
El éxito de la operación de prensado depende de la correcta observancia de los tiempos o
períodos de ensamble. El tiempo de ensamble se divide en dos etapas:
1) Tiempo de ensamblado abierto: período que media entre el término del esparcido y
el contacto de dos láminas adyacentes.
2) Tiempo de ensamblado cerrado: período que media entre el contacto de dos láminas
adyacentes y la aplicación de presión final.
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4.4.1.2.5 Reapriete
Después de 15 a 20 minutos de haber aplicado la presión, es necesario conocer que no haya
existido pérdida de la presión aplicada, la que puede ser causada, entre otras razones, por el
escurrimiento del adhesivo, ancho de la pieza, velocidad de fraguado y presión aplicada. Si
esto ha sucedido, se deberá proceder a un reapriete.
Posteriormente, con el transcurrir del tiempo, se producen nuevas caídas de presiones, pero
en lapsos cada vez mayores, debiéndose repetir el procedimiento. Esta operación se realiza
cuantas veces sea necesario.
4.4.1.2.6 Tiempo de Prensado y fraguado
Es esencial que el elemento laminado ensamblado permanezca en los moldes, sometido a
presión, bajo la temperatura ambiental y la humedad relativa requerida, por un período de
tiempo tal, que asegure una resistencia suficiente de la línea de cola. Sólo cuando exista la
certeza de que esto ha sucedido se puede mover la pieza.
Es común que el período de prensado sea aplicado durante la noche a fin de aprovechar la
jornada diaria.
4.4.1.2.7 Maduración
Una vez que el elemento se ha removido de la prensa debe quedar inmóvil por un período
determinado, antes que se proceda a su procesamiento final. Este período se llama "tiempo
de maduración".
La resistencia total no se logra durante el tiempo de prensado. Durante y hasta la extracción
de las prensas, el adhesivo sólo ha fraguado, pero, se necesita un período de tiempo para
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 106
desarrollar totalmente la resistencia de la unión, por lo que se deja en reposo a una
temperatura adecuada.
4.4.1.3 Área de terminaciones
4.4.1.3.1 Elaboración Consiste en un despunte, canteado, cepillado y pulido del elemento laminado. Una vez que
el elemento laminado tiene sus líneas de cola fraguadas se limpia el adhesivo que ha
escurrido a causa del prensado; se corta al largo requerido (despunte), se cepilla a las
dimensiones especificadas; se efectúan las perforaciones para las uniones (cuándo son
ejecutadas en la fábrica) y se pulen las superficies. El pulido se puede realizar con lijadoras
portátiles o bien se puede realizar con una pulidora de parquet.
4.4.1.3.2 Clasificación
Esta operación consiste en la clasificación por aspecto del elemento laminado terminado.
La clasificación por aspecto no modifica las especificaciones de fabricación.
4.4.1.3.3 Protección y Preservación
Los elementos laminados deberán ser adecuadamente recubiertos con líquidos a prueba de
agua (pinturas y barnices) a fin de impedir que la humedad alcance las líneas de cola de los
adhesivos para interiores. De esta manera se evita que la madera absorba agua. Esta
protección debe hacerse independiente del tipo de adhesivo y especie maderera.
Con el descubrimiento (1943) de los adhesivos a prueba de agua, la investigación se orientó
a buscar una mayor vida de la madera laminada, protegiendo especialmente la madera
contra la putrefacción, ataque de microorganismos e insectos y contra la acción del fuego.
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 107
Existen dos métodos para proteger los elementos laminados:
1) Tratamientos después del encolado.
2) Tratamientos de las láminas antes del encolado.
Preservar después del encolado es el método más económico, pues se usa menos
preservante y se realiza menos labor.
4.4.1.3.4 Empaque y Despacho
Con el fin de proteger la madera laminada durante el transporte se utiliza polietileno de un
espesor conveniente, sellándolo en ambos extremos. Luego, se coloca otra protección
exterior, que puede ser de lona o polietileno.
4.4.1.3.5 Control de Calidad
No es posible juzgar la resistencia y durabilidad de la madera laminada antes de su
fabricación. Después de la fabricación es difícil asegurar si las láminas fueron cepilladas
antes del encolado, si el adhesivo fue correctamente aplicado, en calidad y cantidad, si la
presión fue la conveniente, etc. Ello sólo se sabrá si se hace un control.
4.5 Grados de calidad de la madera
4.5.1 Tensiones de Diseño de la Madera Laminada
Las tensiones que se utilizan en el diseño estructural de una construcción con madera
laminada son conocidas como "tensiones de diseño". La obtención de los valores de las
tensiones de diseño, para la madera laminada, involucra una serie de etapas:
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 108
4.5.2 Tensiones Máximas
El punto de partida del proceso es la obtención de las resistencias de piezas de madera
laminada a escala real, sometida a solicitaciones de flexión, compresión y tracción paralela
a la fibra a través de ensayos normalizados. Las resistencias máximas para otras
solicitaciones: cizalle, compresión normal a las fibras y tracción normal radial se obtienen
del ensayo de probetas libres de defectos de tamaño estandarizado [Ortiz, 2004].
4.5.3 Límite Inferior con Exclusión del 5% Las propiedades resistentes de la madera, como las de otros materiales estructurales, tienen
una alta variabilidad. Como consecuencia de lo anterior, en lugar de tomar como base los
valores medios de las tensiones de diseño de la madera laminada, se ha establecido un valor
mínimo bajo el cual se espera la ubicación de no más del 5% de la población en estudio.
Este valor límite de la resistencia se denomina "límite inferior con exclusión del 5%" y los
métodos para su determinación están normalizados en ASTM D 2555. Este límite asegura
con certeza de 95 en 100, que la resistencia de una pieza cualquiera de madera laminada, es
superior al límite inferior de resistencia elegido como base [Ortiz, 2004].
4.5.4 Tensiones Básicas Los valores que se obtienen para el límite de exclusión del 5% son los de flexión,
compresión paralela a las fibras, tracción paralela a las fibras y cizalle. Estos y el valor
medio de compresión normal son luego divididos por un factor de ajuste ''n” que incluye
una corrección para considerar la aplicación de una carga de duración prolongada (10
años), un trabajo elástico, trabajo en conjunto y un factor de seguridad. Los resultados de
estos cálculos proporcionan las Tensiones Básicas )( bF que sólo son aplicables a madera
laminada estructural, libre de defectos [Ortiz, 2004].
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 109
4.5.5 Grados de Calidad de la madera aserrada destinada a la fabricación
de elementos estructurales laminados encolados
La norma Nch2150 establece una clasificación para la madera aserrada de pino radiata
destinada a la fabricación de electos estructurales laminados encolados. Esta norma entrega
dos métodos alternativos de clasificación:
a) El mecánico, basado en la determinación experimental del módulo de elasticidad
de cada pieza de madera aserrada.
b) El visual, basada en la inspección ocular de los defectos que aparecen en cada
pieza.
La clasificación debe efectuarse en madera con un contenido de humedad no mayor
que 16%.
4.5.6 Grados de Calidad La madera destinada a la fabricación de madera laminada, se clasifica en dos grados que se
denominan: GRADO A y GRADO B, identificando a la madera de mejor calidad con el
Grado A.
Las especificaciones de la norma NCh 2150 son válidas tanto para elementos con
laminación horizontal, como para elementos con laminación vertical.
4.5.7 Clasificación Estructural Mecánica
En la Tabla se incluyen los módulos de elasticidad para cada uno de los grados de una
clasificación estructural mecánica de madera aserrada, a ser usada en la fabricación de
elementos laminados.
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 110
Tabla Nº 6
Módulos de elasticidad para los grados definidos al usar una clasificación estructural mecánica
Grado Módulo de elasticidad aparente
de cada pieza
Ef, en MPA
A
B
Ef > 9000
9000>Ef>4000 Fuente [Pérez, 1992]
4.5.8 Clasificación Estructural Visual Las etapas que se deben seguir en la clasificación estructural visual, son los
siguientes:
1) Inspeccionar la pieza visualmente y clasificar las superficies (caras, canto y cabezas) de
acuerdo a los defectos que ellas presenten.
2) Ubicar, visualmente, el defecto de mayor incidencia y determinar en base a él, la
correspondiente clasificación.
3) Asimilar los defectos no especificados que puedan encontrarse en las piezas de madera,
según sus características, a los demás defectos que sirven de base para la clasificación
de ellas.
4.5.9 Tensiones Admisibles para Laminación Horizontal
Para transformar la resistencia de la madera libre de defectos (Tensiones Básicas) en
resistencias aplicables a un grado específico, se usa el concepto Razón de Resistencia (RR)
definido como: "la hipotética razón entre la resistencia de un elemento estructural y la
resistencia que ese elemento tendría si estuviese libre de toda característica reductora de su
resistencia". Por ejemplo, un grado estructural con “razón de resistencia" igual a 0.55 (RR
= 0,55) señala que en una pieza de madera laminada que clasifica en dicho grado se espera
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 111
una resistencia de, a lo menos, un 55% de la resistencia que esa pieza tendría si ella no
tuviera defectos. Por lo tanto las tensiones admisibles (F) se obtienen con la expresión
general:
bFRRF ⋅= (Ecuacion 10)
Y quedan definidas como: "la carga por unidad de superficie que es capaz de soportar un
elemento laminado horizontalmente estructural, trabajando elásticamente con carga
permanente, cuando es fabricado con láminas que pertenecen a uno o más grados de calidad
de aquellos definidos en la norma NCh 2150".
4.5.10 Tensiones Admisibles para Laminación Vertical
Los grados de calidad de la madera aserrada a usar en la fabricación de las láminas,
corresponden a los establecidos en al norma Nch 2150. Los procedimientos descritos son
aplicables cualquiera sea el método de clasificación (Visual y Mecánico), a menos que se
especifique otro camino.
4.6 Resumen:
Para el desarrollo de este seminario, este es uno de los capítulos más importantes, debido a
que permite conocer las generalidades de la madera laminada tales como su historia, las
ventajas y desventajas de la madera laminada, sus diversos usos, los diferentes tipos de
adhesivos, los cuales dependen del uso final que tenga el elemento laminado, además de su
proceso de fabricación.
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CAPÍTULO V
CONCEPTOS DE RESISTENCIA DE MATERIALES
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5.1 Fundamentos Teóricos
Con el fin de lograr un mayor entendimiento de esta investigación, se hace imperioso
estudiar y comprender los conceptos básicos de resistencia de materiales, relacionados con
vigas simplemente apoyadas.
El siguiente diagrama muestra el comportamiento de una viga simplemente apoyada,
sometida a una solicitación puntual al medio de su luz. Imagen 29. Viga simplemente apoyada
Fuente [http: //es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Beam_bending.png, 18/Diciembre/2006]
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Imagen 30. Grafica Esfuerzo v/s Deformación.
Fuente [Fritz, 2004]
La tensión en el límite proporcional está dada por la siguiente ecuación:
WM lp
lp =σ (Ecuación 11)
Donde:
6
2hbW ⋅= (Ecuación 12)
4LP
M lplp
⋅= (Ecuación 13)
Haciendo las operaciones algebraicas, se puede escribir:
2
5.1hb
LPWM lplp
lp ⋅
⋅⋅==σ (Ecuación 14)
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La deflexión que ocurre en la viga esta dada por la siguiente expresión matemática [NCh
987, 1988].
3
3
3
3
44 hbMOELP
hbLP
MOE lplp
lp
lp
⋅⋅⋅
⋅=⇔
⋅⋅⋅
⋅= δ
δ (Ecuación 15)
Donde:
MOE: Es el modulo de elasticidad
lpP : Es la carga en el límite proporcional
lpδ : Deflexión en el límite proporcional
L: Luz de la viga
b: Base de la viga
h: Altura de la viga.
Ahora para calcular la carga de rotura de la viga se realiza usando la siguiente ecuación
[NCh 987, 1988].
LMORhbQ
hbLQMOR
⋅⋅⋅⋅
=⇔⋅⋅⋅⋅
=3
223 2
2 (Ecuación 16)
Donde:
Q: Carga máxima obtenida
MOR: Modulo de rotura
L, b, h: Ídem a la ecuación 12.
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Las probetas que se usarán son de dimensiones 5x10x160 cm y son de tres tipos: Imagen 31. Probeta tipo 1
Fuente Personal [Messer, 2006]
Imagen 32. Probeta tipo 2
Fuente Personal [Messer, 2006]
Imagen 33. Probeta tipo 3
Fuente Personal [Messer, 2006]
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Para el caso de esta investigación el ensayo se realiza con la carga F aplicada en los tercios
de la luz, siguiendo los procedimientos de la norma ASTM D 198, como ilustra la figura a
continuación. De forma análoga se determinan las formulas del modulo de rotura y de
elasticidad. En el esquema el valor de “a “es 3La =
Imagen 34. Diagrama de una viga con carga aplicada en los tercios de la luz
Fuente Personal [Messer, 2007]
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5.2 Tabla resumen
Para estimar el módulo de elasticidad, de ruptura y la carga en el límite proporcional, se
aproximará en relación a la cantidad de material por especie utilizada en la probeta.
La siguiente tabla, resume los cálculos teóricos de deformación y carga de ruptura.
Tabla 7. Cálculos Teóricos
Propiedades PROBETA 1 PROBETA 2 PROBETA 3 b (cm) 5 5 5 h (cm) 9 9 9 L (cm) 155 155 155
Plp (Kg) 828,89 1093,33 934,67 MOE (Kg/cm2) 85.300,00 93.600,00 88.620,00 FLECHA (cm) 2,48 2,98 2,69 MOR (kg/m2) 657 788 709,4
RUPTURA (Kg) 1460 1751 1576 Porcentaje 100% 120% 108%
Fuente Personal [Messer, 2006]
5.3 Análisis de resultados
De la tabla anterior, se tienen las siguientes observaciones:
La probeta más flexible y con mayor carga de rotura es la número 2, debido a que la
especie de Pino Oregón tiene radios leñosos fusiformes, los cuales están comunicados por
radios leñosos. Por lo cual se produce una mayor trabazón que el Pino Insigne, que posee
radios leñosos heterogéneos. Por lo tanto se espera un aumento de resistencia de a lo menos
un 20% en la viga cuyo laminado es Pseudoga Menziesii. En el laminado mixto se espera a
lo menos un aumento de a lo menos un 8%.
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5.4 Resumen
Lo más importante de este capítulo para la investigación, es conocer patrones de evaluación
para conocer parámetros que serán comparados, con los valores obtenidos en los ensayos.
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CAPÍTULO VI
DESARROLLO EXPERIMENTAL
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6.1 Introducción. Para el desarrollo de esta investigación, fue necesario Comprobar si la madera de Pino
Oregón y Pino Insigne son compatibles con el adhesivo, además de determinar la
resistencia a la flexión estática de vigas laminadas de cada una de estas especies y una
combinación de ellas.
6.1.1 Materiales necesarios.
Aquí se presenta un resumen de las cantidades de madera y adhesivo que se utilizaron para
fabricar las probetas que se ensayaron a cizalle y flexión. Es importante destacar que la
madera fue clasificada visualmente en el momento de la compra según Nch 2150 of 91, que
se explicará en el punto 6.3.2 Tabla 7. Resumen de materiales.
Material Unidad Cantidad Detalle
Pino Oregón Piezas 10 1 x 6” x 3.20 m
Pino Insigne Piezas 14 1 x 6” x 3.20 m
Adhesivo Gramos 2200
Extendor Gramos 850
Solvente Gramos 620
Catalizador Gramos 50 Fuente Personal [Messer, 2007]
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6.2 Ensayos de adherencia
6.2.1 Fabricación de las probetas Para la realización de esta tesis, fue necesario comprobar si la madera de Pino Oregón y
Pinus Radiata son compatibles con el adhesivo. Para esto, se debieron realizar ensayos
según la NCh 2148 of 89.
Los pasos que se siguieron son los siguientes:
• Se fabricaron 27 probetas, como las que ilustra la figura 35, las cuales se clasifican
en 3 tipos, que son: Tipo 1, con ambas láminas de Pino Insigne; Tipo 2 con ambas
láminas de Pino Oregón y Tipo 3 con una lámina de cada una de las especies antes
mencionadas. El adhesivo que se utilizó fue Urea-Formaldehído.
Imagen 35. Ensayo de Adherencia.
Fuente [Ortiz, 2004].
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• Luego las probetas fueron sometidas al ensayo de cizalle en la Instron. Se aplicaba
una carga de tal forma de producir un deslizamiento entre las láminas. La velocidad
del ensayo fue de 0.6 mm/mín ± 25%, según NCh 976 of 86. Los valores se
registraron en la siguiente tabla. Imagen 36. Instron
Fuente Personal [Messer, 2006]
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6.2.2 Resultados.
En la siguiente tabla se resume los resultados del ensayo de cizalle para medir la
compatibilidad entre las especies de madera utilizadas y el adhesivo.
P. RADIATA-P. RADIATA P. OREGÓN-P. OREGON P. OREGÓN –P. RADIATA
Nº Carga max (kN) Rv (MPa) CHa
(%)
Carga max (kN) Rv (MPa) CHa
(%)
Carga max (kN) Rv (MPa) CHa
(%)
1 16.42 7.82 12.0 17.01 8.10 13.8 15.18 7.23 12.0
2 16.61 7.91 13.6 16.63 7.92 14.4 15.24 7.24 13.6
3 15.87 7.56 12.3 14.65 8.05 13.6 14.66 6.98 12.3
4 16.01 7.65 15.4 16.51 7.86 14.0 14.39 6.85 15.4
5 16.72 7.96 12.2 17.43 8.30 13.6 14.66 6.98 12.2
6 15.79 7.52 13.8 17.00 7.95 13.2 15.18 7.23 13.8
7 16.34 7.78 13.6 16.72 7.96 13.4 14.95 7.12 13.6
8 16.02 7.63 13.3 18.82 8.96 14.3 15.89 7.09 13.3
9 15.98 7.61 14.4 18.77 8.94 13.1 14.99 7.14 14.6
Rp 7.72 8.22 7.09
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• Luego según NCh 2148 of 89, se debía determinar si el valor de las probetas
ensayadas, era mayor o igual al 70 % del promedio total de falla del área cizallada.
• Para determinar el esfuerzo máximo de cizalle se usó la formula siguiente [Nch 976,
1986]:
ehQRv ⋅
= (Ecuación 17)
Donde:
vR : Es el esfuerzo máximo de cizalle
Q : Carga para la cual se obtiene la falla de la probeta
h : Promedio de las medidas de altura del plano de falla
e : Promedio de las medidas de la base del plano de falla
6.2.3 Análisis de Resultados.
Para cada uno de los tipos de probetas ensayadas, se tiene lo siguiente:
PROBETA 1 (PINO RADIATA-PINO RADIATA):
Esta probeta resistió satisfactoriamente la prueba de adherencia, ya que la resistencia
promedio es 7.72 MPa la cual es mayor a 6.7 MPa que corresponde a un promedio mínimo
exigido. Esto significa que la madera de pino es apta para laminar con Urea –
Formaldehído.
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PROBETA 2 (PINO OREGÓN-PINO OREGÓN):
Se obtuvo que el promedio de falla del adhesivo fue de 8.22 MPa, ante lo cual la norma
exige un promedio mínimo de 6.7 MPa. Por lo cual se concluye que la madera de Pino
Oregón es compatible con el adhesivo.
PROBETA 3 (PINO RADIATA-PINO OREGÓN):
Se obtuvo que el promedio de falla del adhesivo fue de 7.09 MPa, ante lo cual la norma
exige un promedio mínimo de 6.7 MPa. Por lo cual se concluye que la madera de Pino
Oregón y Pino Radiata son compatibles con el adhesivo de Urea – Formaldehído.
La diferencia de resistencia al cizalle se explica por la distinta estructura celular que hay
entre ambas especies. Se tiene que el Pino Oregón es menos denso que el Pino Insigne y
por ende más permeable. El que su densidad sea menor se explica porque el Pino Oregón
tiene radios leñosos fusiformes, los cuales están comunicados por células epiteliales, lo que
hace que esta tenga menos sustancia madera por unidad de volumen que el Pinus Radiata,
el cual tiene radios leñosos heterogéneos. La consecuencia de esto es que el Pino Oregón,
posee mayor cantidad de cavidades y el adhesivo tiene un mayor espacio donde alojarse,
caso contrario ocurre con el Pino Insigne.
Ahora asociando esto con la teoría de la adherencia (página 91) se logra entender el
comportamiento del ensayo realizado, ya que esto se debe a que la cantidad de adhesivo
que se introduce en las cavidades, (que en un inicio es fluido y que más tarde se solidifica)
es mayor en el Pino Oregón que en el Pino Insigne y por ende se produce un mayor
entrelazamiento mutuo de los sólidos fuertes que son madera y adhesivo.
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6.3 Ensayo de Flexión Estática.
6.3.1 Dimensionamiento de las probetas
El diseño de las probetas, se realizó según recomendaciones del Manual de Madera
Laminada [Pérez, 1992], que indica lo siguiente:
Tabla Nº 8- Predimensionamiento de vigas rectas de sección uniforme
Sistema estático Tipo estructura Pendiente apropiada en grados
Luces usuales en metros
Altura máxima
estructura L
Viga recta de sección uniforme, simplemente apoyada
0
10 - 30
H = L / 17
[Pérez, 1992]
Con lo cual se estableció:
Largo: el largo de las probetas se determinó por razones económicas y se estableció un
largo total de 1.55 m., de manera de dejar 2.5 cm a cada lado en los puntos de apoyo.
Altura : H = L / 17
Donde : H: altura de la viga
L: luz de la viga
Por lo tanto H = 1.55 / 17 = 9.10 cm, por lo que se aproximo a 9 cm, con
tolerancia de hasta 5 mm.
Espesor: se ajusto a un ancho de 5 cm, ya que corresponde a las escuadrías encontradas en
el mercado.
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Número de láminas : NL = Hv / EL
Donde : NL: Nº de láminas
Hv: altura de la viga
EL: espesor de las láminas cepilladas
Por lo tanto NL = 9 / 2 = 4.5 se ajusto a 5 laminas
En resumen las dimensiones de las probetas finales fueron:
Altura = 9 cm
Ancho = 5 cm
Largo = 155 cm
Diseño de las probetas laminadas
Cada lámina de las probetas, en un inicio va a tuvo las siguientes dimensiones:
De manera que una vez que estas se laminaron, se cortaron por la mitad y luego con el
cepillado alcanzaron las medidas finales de 5x9x155 cm. Los 5 cm de diferencia en el
largo, se deben al ajuste de los despuntes.
Las probetas que se fabricaron, debieron tener distintos diseños, desde el punto de vista de
la distribución de láminas, para así comprobar que realmente la incorporación del Pino
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Oregón es beneficiosa para la fabricación de vigas encoladas. Por lo cual se diseñaron tres
tipos de probetas, incluyendo la laminación tradicional. Por lo que las probetas quedaron
diseñadas de la siguiente forma:
Probeta 1:
Probeta 2:
Solo láminas de Pino Oregón
Probeta 3:
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6.3.2 Clasificación de la madera
La madera que se usó, fue Pinus Radiata y Pseudoga Mienzesii de 1x6”x3.2m aserrado,
existente en la zona. La madera fue clasificada visualmente, como se detalla a continuación.
6.3.2.1 Clasificación visual de la madera
La clasificación visual de la madera se realizó de acuerdo a la norma NCh 2150 of 91, que
se resume en la siguiente tabla:
Imagen 37. Tabla para clasificación visual
Fuente [NCh 2150, 1991]
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6.3.3 Fabricación de las probetas
La fabricación de las probetas se realizó en el Pabellón Tecnológico de la Madera (PTM)
de la Universidad del Bío-Bío. Los pasos que se siguieron fueron los siguientes:
6.3.3.1 Cepillado y dimensionamiento de las piezas En la siguiente imagen se muestra la máquina cepilladora usada en la fabricación de las
láminas. Imagen 38
Fuente Personal [Messer, 2007]
Aquí la pieza ingresa de izquierda a derecha según la imagen 37, los cuchillos están en la
parte superior. Para controlar el espesor final que se quiere obtener, se debe subir o bajar la
parte superior.
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6.3.3.2 Medición contenido de humedad.
El contenido de humedad será determinado mediante un Xilohigrómetro digital marca
Wagner. Para efectuar este procedimiento hay que basarse en la NCh 2150 of 91 que indica
que el contenido de humedad no debe ser superior a un 16%. Imagen 39. Xilogrómetro
Fuente [Ortiz, 2004]
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6.3.4 Adhesivo.
El adhesivo elegido para encolar las láminas de las probetas fue del tipo Urea –
Formaldehído, recomendado para usos interiores, fabricado por Oxiquim S.A. y su nombre
comercial es Adelite 6238.
Recomendado para terciados, elementos de carpintería madera aglomerada y laminados.
Sus características principales son:
• Origen : Sintético termoestable
• Estructura química : condensación de urea Co (NH2) y Formaldehído
(CH2O).
• Viscosidad : 5000 Centi – pois
• Solvente : agua
• Tiempo de almacenaje : 3 a 6 meses
• Tº de fraguado : 20 a 120 ªC
• Tiempo de la mezcla : hasta 48 horas, dependiendo de la formulación y la
temperatura.
• Presión : 3 a 7 Kg/cm2
• Esparcido : 300 a 450 gr/m2
• Resistente a la humedad por pocos años ( clasificado como MR)
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6.3.4.1 Preparación del adhesivo
Para calcular la cantidad de adhesivo a preparar, fue necesario calcular la cantidad de m² a
encolar y determinar que gramaje que se necesita utilizar.
Gramaje : 500 gr/m2
Área por lámina : 0.15 x 3.3= 0.5 m2
Cuatro líneas de cola x viga : 0.5 x 4 = 2.0 m2
Tres vigas : 2.0 x 3 = 6.0m2
Adhesivo : Área x Gramaje
6.0 x 500 = 3000 grs
+ 15 % adicional : 3450 grs de adhesivo
Según recomendaciones del fabricante la preparación de 1 Kg de adhesivo es:
• Adhesivo (adelite 1034) : 600 grs
• Extendedor (harina) : 227 grs
• Solvente (agua) : 163 grs
• Catalizador : 10 grs
Por lo que se usó:
• Adhesivo (adelite 1034) : 2070 grs
• Extendedor (harina) : 783 grs
• Solvente (agua) : 562 grs
• Catalizador : 35grs
Para medir los gramos de cada componente se utilizó una balanza digital marca Sartorius,
con capacidad de máxima de 5 kg.
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Imagen 40. Balanza Digital
Fuente [Ortiz, 2004].
La preparación consistió en mezclar los componentes, previamente pesados en la balanza,
en un recipiente. Primero se coloca el adhesivo (Adelite 6238), luego el extendedor
(harina), después el solvente (agua) y por último el catalizador. Finalmente se mezclan con
una hélice los ingredientes, hasta dejar una pasta homogénea.
6.3.4.2 Aplicación del adhesivo La aplicación del adhesivo en las láminas se realizará con una brocha de 3”, hasta que el
esparcido se vea de forma homogénea. Imagen 41. Aplicación del adhesivo
Fuente Personal [Messer, 2006]
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6.3.4.3 Prensado de las probetas
El prensado de las probetas se realizó con una presión que fue de alrededor 4 a 7 kg/cm2.
Se inicia desde el centro hacia fuera, de manera de lograr un apriete parejo. El apriete se
hace con una llave de torque; posteriormente se realiza un reapriete media hora después. El
fraguado de las probetas tuvo una duración de 48 horas bajo condiciones normales.
Imagen 42. Prensado de las Probetas
Fuente Personal [Messer, 2007]
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Imagen 43. Presnado de las probetas.
Fuente Personal [Messer, 2007].
6.3.4.3 Cepillado y acabado de las probetas
Después de haber dejado las probetas laminadas, 48 horas en prensado, se procedió a
retirarlas. Una vez sacadas las probetas del prensado, estas se llevan hasta las cepilladoras
de manera de darle las medidas y tolerancias finales, para así poder comenzar con los
ensayos de flexión a las que debían ser sometidas. Por lo que las medidas finales de las
probetas fueron de 50 x 90 x 1550 mm, las cuales fueron obtenidas, primero cortándolas
por la mitad en la sierra circular que se aprecia a continuación: Imagen 44. Sierra Circular.
Fuente Personal [Messer, 2007]
Una vez cortadas por la mitad se debieron cortar a lo largo en la sierra que se muestra a
continuación.
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Imagen 45. Sierra Circular
Fuente Personal [Messer, 2007]
El paso final para dar a las probetas las dimensiones finales fue pasarlas por la canteadora. Imagen 46. Canteadora.
Fuente Personal [Messer, 2007]
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El aspecto de las probetas terminadas es el que se muestra a continuación: Imagen 47. Probetas terminadas:
Fuente Personal [Messer, 2007]
6.3.5 Herramientas y equipos
Los ensayos de las probetas se efectuaron en las dependencias del Pabellón de Tecnología
de la madera (PTM). Para lo cual se utilizaron los siguientes equipos:
• Marco de ensayo compuesto de vigas de acero tipo H, con hilos de 30 mm de
diámetro. Imagen 48
Fuente [Ortiz, 2004]
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• Anillo metálico de carga marca Soiltest de 4535 kg
Imagen 49
Fuente [Ortiz, 2004].
• Bomba hidráulica manual de capacidad 5 toneladas Imagen 50
Fuente Personal [Messer, 2007].
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• Medidor de deformación Marca Mitutoyo de 0.5 mm con presición de 0.01 mm Imagen 51
Fuente [Ortiz, 2004].
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6.3.6 Descripción Ensayo de flexión
El ensayo se realizó de acuerdo a la norma ASTM D 198 y consistía en aplicar una carga
gradual de 100 kg en el tercio central de la luz de la viga (50 kg en cada punto) y al mismo
tiempo, se registraba la deformación que esta tenía en el centro, con el medidor de
deformación. Los puntos de apoyo de las probetas estaban compuestos por elementos de
acero
Una vez que se registraba la deformación, se retira el medidor de deformación y se aplica
carga a la probeta hasta lograr la ruptura de esta. Los parámetros que son necesarios a
determinar en esta investigación, para cumplir con el marco teórico, son el módulo de
ruptura y el módulo de elasticidad, y se ve en que tipo de probeta son mayores estos
parámetros.
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6.3.7 Resultados
Los valores se registraron en las siguientes tablas:
PROBETAS TIPO 1
1– 1 1 – 2 1 – 3 1 – 4
Carga kg def. mm def. mm def. mm def. mm
50 0.70 1.10 1.30 1.20 100 1.90 4.10 4.30 4.10 200 5.00 6.40 7.10 7.00 300 8.10 10.10 10.90 10.20 400 10.70 14.00 15.00 14.00 500 14.70 17.20 18.20 17.00 600 17.60 19.70 700 20.10 800 900 1000 1100 1200 1300
Ruptura kg 866 783 884 704
A continuación se muestran las gráficas tensión v/s deformación.
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GRÁFICOS TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN PROBETA TIPO 1 LAMINADO DE PINO RADIATA.
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 1-1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,7 1,9 5 8,1 10,7 14,7 17,6 20,1
DEFORMACION (mm)
CA
RG
A (k
g)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 1-2
0
100
200
300
400
500
600
700
1,1 4,1 6,4 10,1 14 17,2 19,7
DEFORMACION (mm)
CA
RGA
(kg)
Tesis para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción Comportamiento en flexión de vigas laminadas que incorporan pino oregón
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TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 1-3
0
100
200
300
400
500
600
1,3 4,3 7,1 10,9 15 18,2
DEFORMACION (mm)
CAR
GA
(kg)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 1-4
0
100
200
300
400
500
600
1,2 4,1 7 10,2 14 17
DEFORMACION (mm)
CA
RG
A (k
g)
Tesis para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción Comportamiento en flexión de vigas laminadas que incorporan pino oregón
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PROBETAS TIPO 2
2– 1 2 – 2 2 – 3 2 – 4
Carga kg def. mm def. mm def. mm def. mm
50 0.95 0.66 0.73 1.10 100 2.45 2.20 2.30 2.60 200 5.00 4.90 4.80 5.60 300 7.55 7.80 7.10 8.70 400 10.30 10.10 9.70 12.80 500 14.35 12.50 11.80 14.80 600 19.80 14.70 13.90 17.50 700 22.30 17.20 17.00 22.00 800 24.50 20.10 18.10 900 27.50 20.90 1000 29.70 23.20 1100 36.35 1200 1300
Ruptura kg 1281 1272 1410 1373
A continuación se muestran las gráficas tensión v/s deformación.
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GRÁFICOS TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN PROBETA TIPO 2 LAMINADO DE PINO OREGÓN.
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 2-1
0
200
400
600
800
1000
1200
0,95 2,45 5 7,55 10,3 14,35 19,8 22,3 24,5 27,5 29,7
DEFORMACION (mm)
CA
RGA
(kg)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 2-2
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,66 2,2 4,9 7,8 10,1 12,5 14,7 17,2 20,1
DEFORMACION (mm)
CA
RG
A (k
g)
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TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 2-3
0100200
300400500600700
800900
1000
0,73 2,3 4,8 7,1 9,7 11,8 13,9 17 18,1 20,9
DEFORMACION (mm)
CA
RG
A (k
g)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 2-4
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,73 2,3 4,8 7,1 9,7 11,8 13,9 17
DEFORMACION (mm)
CARG
A (k
g)
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PROBETAS TIPO 3
3– 1 3 – 2 3 – 3 3 – 4
Carga kg def. mm def. mm def. mm def. mm
50 0.60 0.50 1.10 0.50 100 2.50 2.50 4.40 2.10 200 5.90 5.80 6.40 5.60 300 9.00 9.10 9.80 8.90 400 12.30 12.20 13.20 13.00 500 16.00 15.30 17.00 15.20 600 18.80 18.20 700 22.00 21.20 800 900 1000 1100 1200 1300
Ruptura kg 1129 1180 1055 1230
A continuación se muestran las gráficas tensión v/s deformación.
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GRÁFICOS TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN PROBETA TIPO 3 LAMINADO MIXTO DE PINO OREGÓN Y PINO RADIATA.
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 3-1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,6 2,5 5,9 9 12,3 16 18,8 22
DEFORMACION (mm)
CA
RG
A (k
g)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 3-2
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,5 2,5 5,8 9,1 12,2 15,3 18,2 21,2
DEFORMACION (mm)
CARG
A (k
g)
Tesis para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción Comportamiento en flexión de vigas laminadas que incorporan pino oregón
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TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 3-3
0
100
200
300
400
500
600
1,1 4,4 6,4 9,8 13,2 17
DEFORMACION (mm)
CARG
A (k
g)
TENSIÓN V/S DEFORMACIÓN 3-4
0
100
200
300
400
500
600
0,5 2,1 5,6 8,9 13 15,2
DEFORMACION (mm)
CARG
A (k
g)
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 152
6.3.7.1 Módulo de Ruptura.
El Módulo de Ruptura o Tensión de Rotura de las probetas se determinó mediante la
siguiente fórmula:
WM
MOR max= (Ecuación 18)
Donde: MOR: Módulo de ruptura
Mmáx: Momento de flexión máximo = L/3 x P rupt (kg cm)
P rupt= carga de ruptura (kg)
W: Módulo resistente a la flexión = (b x h2) / 6 (cm3)
b = ancho de la probeta (cm)
h = altura de la probeta (cm)
6.3.7.2 Módulo de Elasticidad
El Módulo de Elasticidad de las probetas se calculó mediante la siguiente fórmula:
∂Δ⋅⋅−⋅⋅Δ
=I
aLaPMOE24
)43( 22
(Ecuación 19)
Donde: MOE: Módulo de Elasticidad (kg/cm2)
ΔP : Incremento de carga en la parte recta de la curva Carga – Deformación
a : Distancia de aplicación de la carga (L/3)
L : Luz de ensayo = 150 cm
I : momento de inercia (b * h3) 12
Δ∂ : Incremento de la deformación debido a P
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Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla:
Tabla 9. Resumen Cálculo de MOE y MOR
Probeta TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 N1/4 MOR MOE MOR MOE MOR MOE
1 719.6 163054 1064.5 141878 917.9 148972 2 650.7 142600 1057.0 186348 959.3 154594 3 734.6 128626 1171.7 209955 857.7 137706 4 585.0 137706 1140.9 148973 1022.1 154013
Promedio 672.5 142997 1108.5 171789 939.3 148821 Lim. Sup 719.6 163054 1171.7 209955 1022.1 154954 Lim. Inf 585.0 128626 1057.0 141878 857.7 137706 Rango 134.6 34428 114.7 68077 164.4 16888 Porcentaje 100% 100% 164.8% 120.13% 139.6% 104.1%
Fuente Personal [Messer, 2007]. 6.3.8 Análisis de Resultados. Durante el desarrollo del ensayo, hubo observaciones que son importantes de destacar y
explicar:
La probeta tipo 1 de Pinus Radiata, era de un carácter más frágil que la probeta número 2,
ya que esta viga de pino admitía menor deformación y falla de forma abrupta, es decir, no
avisaba la falla, motivo por el cual se medía la deformación hasta los 500 kg (1 vuelta al
medidor de deformación más 6 divisiones), luego se retiraba el medidor hasta alcanzar la
rotura.
La probeta tipo 2 de pino oregón, fue la que mejor respondió al ensayo de flexión estática,
ya que alcanzó el mayor MOE y MOR que todas. Además de ser la que demoraba mayor
tiempo en fallar, soportando la mayor carga cerca de 1500 kg. Uno de los aspectos más
novedosos de este ensayo es que la probeta de Pino Oregón avisaba la falla y no se destruía
de la misma forma que la de Pino Insigne, la cual en alguno de los casos hasta explotó.
La probeta número 3, tuvo un comportamiento muy favorable a la rotura (39.6% mayor)
con respecto a su similar de laminado de pino radiata. Pero su módulo de elasticidad fue
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levemente mayor que la de Pinus Radiata. Esto se explica porque las láminas de Pseudoga
Menziesii son más flexibles que las de Pino Insigne y el conjunto no trabajaba de manera
tan armónica.
Esto se explica porque ambas especies son diferentes en su estructura celular. Como ya se
mencionó anteriormente, los radios leñosos del Pino Oregón son fusiformes, y esto implica
que se comunican entre sí a través de células epiteliales que son verdaderos canales
resiníferos, por lo cual se forma una verdadera trabazón de fibras. Por lo cual al estar esta
especie sometida al esfuerzo de flexión, responde mejor que el Pinus Radiata ya que ésta a
diferencia del Pino Oregón, sus radios leñosos son heterogéneos. Otro factor que explica el
aumento de resistencia es porque el adhesivo penetra mejor en las láminas de Pino Oregón,
lo cual se explicó en el análisis de resultados del ensayo de adherencia, por lo cual es más
difícil delaminar a esta especie. Estos dos aspectos explicados anteriormente, hacen que sea
más fácil entender porque una especie menos densa responde mejor a la solicitación de
flexión que una más densa y la razón de porque la probeta número 3 fallara de la forma que
lo hizo y el motivo es que una de ellas más rígida que es la madera de la zona central y la
de la zona de bordes era mas flexible. Esto se reafirma con observar los resultados de las
probetas 1 y 2, la probeta de Pino Oregón alcanzaba mayores deformaciones y mayores
cargas que su similar de Pino Insigne, por lo cual se comprende porque la probeta número 3
no alcanzó un MOE y MOR tan alto.
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Imagen 52. Ensayo de flexión
Fuente Personal [Messer, 2007]
Otro aspecto importante de mencionar es que todas las probetas fallaban en los nudos, ahí
se producían las roturas, las que inicialmente comenzaban a lo largo de la línea de cola y
luego continuaba a través de los nudos, esto se puede apreciar en las imágenes.
A pesar de que en la fabricación de la madera laminada se puede usar madera con nudos,
según NCh 2150 of 91, estos defectos de la madera se deben evitar. La madera es más débil
en los nudos, porque en estos la densidad es menor que en el resto de toda la pieza y por
ende menos resistente.
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Imagen 53. Probeta 1
Fuente Personal [Messer, 2007]
Imagen 54. Falla en los nudos de la madera.
Fuente Personal [Messer, 2007]
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Imagen 55. Probeta de pino radiata ensayada
Fuente Personal [Messer, 2007]
Imagen 56. Probeta de pino radiata ensayada
Fuente Personal [Messer, 2007]
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6.3.9 Análisis de Costos.
A continuación, se muestra una tabla con los costos implicados en la fabricación de una
viga laminada de dimensiones 50 x 90 x 1550 mm de cada tipo de probeta que se usó en el
ensayo de flexión de este seminario.
PROBETA TIPO 1 (LÁMINADO PINO INSIGNE) MATERIALES UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. TOTAL
PINO INSIGNE 50X25X1550 mm PIEZAS 5,000 $ 475 $ 2375ADHESIVO ADELITE 6238 KG 0,155 $ 835 $ 129CATALIZADOR KG 0,002 $ 445 $ 1EXTENDEDOR (HARINA) KG 0,035 $ 400 $ 14
COSTO TOTAL $2519 PROBETA TIPO 2 (LÁMINADO PINO OREGÓN)
MATERIALES UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. TOTALPINO OREGÓN 50X25X1550 mm PIEZAS 5,000 $ 750 $3750 ADHESIVO ADELITE 6238 KG 0,155 $ 835 $ 129CATALIZADOR KG 0,002 $ 445 $ 1EXTENDEDOR (HARINA) KG 0,035 $ 400 $ 14
COSTO TOTAL $3894PROBETA TIPO 3 (LÁMINADO PINO OREGÓN-PINO INSIGNE) MATERIALES UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. TOTAL
PINO OREGÓN 50X25X1550 mm PIEZAS 2,000 $ 750 $ 1500PINO INSIGNE 50X25X1550 mm PIEZAS 3,000 $ 475 $ 1425ADHESIVO ADELITE 6238 KG 0,155 $ 835 $ 129CATALIZADOR KG 0,002 $ 445 $ 1EXTENDEDOR (HARINA) KG 0,035 $ 400 $ 14
COSTO TOTAL $ 3069
Nota: Para efectos prácticos, cada lámina se consideró como ¼ de pieza de 1 x 6 “x 3.20
mts, el área a encolar son 0.0775 m2 y el gramaje fue de 500 grs/m2, cada viga tiene 4
líneas de cola.
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El precio de los insumos se resume en el siguiente cuadro con el material y el distribuidor:
MATERIALES UNI CANT. PRECIO DISTRIBUIDOR
PINO OREGÓN 1X6"X3,20 mts PZA 1 $ 3.000 MADERERA CONCEPCION LTDA.
PINO INSIGNE 1X6"X3,20 mts PZA 1 $ 1.900 DIEZCO. LTDA
ADHESIVO ADELITE 6238 KG 1 $ 835 OXIQUIM S.A.
EXTENDEDOR HARINA KG 1 $ 400
CATALIZADOR KG 1 $ 445 OXIQUIM S.A.
Ahora si se comparan los costos involucrados en cada tipo de probeta se tienen las
siguientes relaciones si se usa la probeta 1 como valor patrón:
La probeta 2 es un 54.7% más costosa que la de Pino Insigne
La probeta 3 es un 21.8 % más costosa que la número 1.
Costo del Transporte:
Si se considera un camión de capacidad 0V m3 y que el valor que cobra por transportar
madera es de 0C $/kg, la relación de costo en trasladar ambas especies es la siguiente:
91.0448408
).().(
00
00 ===⋅⋅
⋅⋅==
pi
po
pi
po
DD
CVDCVD
insignepPRECIOoregónpPRECIORELACION
Esto significa que el transportar Pino Oregón es un 9% más económico que el Pino Insigne.
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CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
En el marco teórico de esta investigación (Planteamiento del Problema), se expuso que por
tener el Pino Oregón un mayor MOE, MOR y ser una especie menos densa que el Pino
Insigne (las cuales son las variables de estudio), esta sería más apta para fabricar vigas
laminadas rectas, sometidas al esfuerzo de flexión estática. Las conclusiones de esta
investigación, según los objetivos planteados son los siguientes:
Relación Beneficio Costo: El Pino Oregón, posee mejores características para
fabricar vigas laminadas rectas que el Pinus Radiata, pero el costo es bastante más
elevado que esta última, y para lograr un aumento considerable al esfuerzo de
flexión, es necesario fabricar todo el elemento con madera Pino Oregón, lo cual
eleva el costo en un 54.7% aproximadamente, lo cual no lo hace una alternativa
viable desde el punto de vista económico.
Revisión del estado del arte: Conocer la anatomía de la madera, junto con sus
propiedades físico-mecánicas, fue uno de los objetivos planteados, ya que era de
vital importancia para el desarrollo de esta investigación conocerlas y
comprenderlas. Con respecto a este aspecto, se pudo concluir que la etapa de
crecimiento del árbol es fundamental que sea controlada, ya que de esto depende la
calidad del material que será usado finalmente, ya sea para fines estructurales o
estéticos, incidiendo directamente con el costo de la madera.
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Adherencia o Compatibilidad de las especies con el adhesivo: De acuerdo al ensayo
de adherencia realizado según NCh 2148 of 89, se determinó que el Pino Oregón es
más compatible que el Pino Insigne con el adhesivo elegido que es Urea-
Formaldehído, debido a que el Pseudoga Menziesii, tiene menor densidad, es decir,
mayor permeabilidad y por ende se ejercen mayores valencias secundarias en esta
especie entre adhesivo-madera en ésta especie que en el Pino Insigne. Sin embargo
el laminado mixto aun cuando cumple con el mínimo exigido por la norma, resistió
menos que la probeta de Pino Insigne, y se debe a que una especie es más
permeable y compatible con la Urea-Formaldehído que la otra.
Resistencia a la Flexión Estática: En la revisión del estado del arte se determinó que
la especie de Pino Oregón tiene un mayor módulo de ruptura y elasticidad que el
Pino Insigne, y se propuso en la hipótesis que una viga laminada que incorpore Pino
Oregón, ya sea en su totalidad o sólo en sus láminas de la zona de borde, mejoraría
su resistencia al esfuerzo de flexión. Al realizar este ensayo como lo describe la
norma extranjera ASTM D 198, se determinó que un laminado que incorpora Pino
Oregón, efectivamente aumenta la resistencia al esfuerzo de flexión. Esto se debe a
que la estructura anatómica de la Pseudoga Menziesii tiene mayor cantidad de fibras
por unidad de volumen que la especie de Pino Insigne, lo cual forma una verdadera
trabazón que es muy resistente, es por esto que el resultado obtenido de esta
experiencia es satisfactorio. El que la probeta número 3 no aumentara la resistencia
a la flexión considerablemente, es porque si comparamos a ambas especies una es
flexible (Pseudoga Menziesii) y la otra rígida (Pinus Radiata) ó por lo menos, de
menor flexibilidad. Para finalizar, sí se comprobó la hipótesis, y la incorporación de
Pino Oregón aumenta la resistencia a la flexión de una viga laminada, pero el Pino
Insigne trabaja mejor con especies más rígidas (en la zona de borde) y más densas
que él, para un laminado mixto [Ortiz, 2004].
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Líneas de investigación: Como futuras líneas de investigación sería interesante
seguir con esta metodología, pero ahora incorporando uniones dentadas ó finger
joint en las láminas de la viga, para ver cuánto aumenta la resistencia ya que los
nudos reducen bastante la resistencia de la madera. Otra línea de investigación sería
usar un adhesivo para exteriores y ver alguna alternativa de preservación
innovadora, ya que los adhesivos no permiten impregnación. Además se podría
investigar como respondería un elemento fabricado con las características descritas
ya anteriormente, como pilares o columnas y mejorar la problemática del agua a
través de la línea de cola. En resumen las líneas de investigación que quedan
abiertas para estudios posteriores son muchas, y son desafíos que son muy viables
de seguir por estudiantes que se interesen en este tema.
En el desarrollo de la investigación se presentaron dificultades, la principal fue al
momento de la compra ya que encontrar madera que cumpla con las exigentes
normativas, en especial con la frecuencia de nudos no es tarea simple. Otra cosa que
fue una dificultad fue la fabricación de las probetas de cizalle, ya que los cortes
tienen que ser muy exactos y un leve error puede alterar los resultados.
En el estudio de esta investigación las variables de estudio como ya se mencionaron
fueron el MOE, MOR y compatibilidad del Pino Oregón con el adhesivo elegido
que fue Urea-Formaldehído, pero durante el curso de esta tesis, hubieron parámetros
que debieron ser estudiados, tales como la composición química de ambas especies,
el usar distintos tipos de uniones entre láminas, para así usar láminas libres de
nudos. Uno de los parámetros que no se pudo controlar fue la presión ejercida
durante el prensado, ya que no se disponía en el laboratorio de ningún instrumento
para medir la fuerza necesaria, para un torque determinado de modo tal de ejercer la
presión exigida por el fabricante.
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Las ventajas de usar Pino Oregón en la fabricación de vigas laminadas es que es una
especie liviana, por ende su uso ahorra costos de transporte en aproximadamente un
9%, además su resistencia mecánica es mayor que la del Pino Insigne. Ahora si se
ve del punto de vista estético, esta especie (Pseudoga Menziesii) es más agradable a
la vista que su similar Pinus Radiata. La factibilidad de usar vigas laminadas que
incorporen Pino Oregón es alta, ya que sí aumento la resistencia a la flexión, y por
ende es altamente apta para ser utilizada en el rubro de la construcción como
materia prima de elementos estructurales
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 165
Bibliografía
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Nch 176/2 of 86, Madera - Parte 2: Determinación de la densidad
Nch 176/3 of 84, Madera - Parte 3: Determinación de la contracción radial y
tangencial
Nch 974 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
compresión perpendicular a las fibras
Nch 987 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
flexión estática
Nch 986 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
tenacidad
Tesis para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción Comportamiento en flexión de vigas laminadas que incorporan pino oregón
Osvaldo Andrés Messer Soubelet 167
Nch 976 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
cizalle paralelo a las fibras
Nch 977 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
clivaje
Nch 975 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
tracción perpendicular a las fibras
Nch 979 of 86, Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Ensayo de
extracción de clavo
[Niskanen, “Etal”, 1965], “Estructuras de madera laminada, Estudio preliminar”,
Instituto Forestal, Informe técnico Nº 18.
[Ortiz, 2004], “Madera laminada, con especies laminadas de madera”, Universidad
del Bío-Bío, Tesis para optar al grado de Licenciado en las Ciencias de la
Construcción.
[Pérez, 1992], “Manual de madera laminada”, Instituto Forestal, Manual Nº 11 2º
edición, Santiago – Chile.
[Pérez, 1992], “Clasificación estructural del pino radiata destinado a madera
laminada”, Instituto Forestal, Informe técnico Nº 108.
[Pérez, 1978], “Manual de construcciones en madera” Instituto forestal, Volumen
II.
[Poblete, “Etal”, 1992], “Cuaderno de edificación en madera Nº8, Editorial Aníbal
Pinto.
[Rojas, 1998], “Industrialización de una fabrica artesanal de muebles rústicos en
madera de pino oregón”, Universidad del Bío-Bío, tesis para optar al titulo de
Ingeniero Civil en Industrias Forestales.
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Osvaldo Andrés Messer Soubelet 168
Glosario
- Adhesivo: sustancia que se aplica entre dos cuerpos manteniéndolos unidos por
contacto superficial. Se le conoce también como cola.
- Alabeo: deformación que puede experimentar una pieza de madera en la dirección de
sus ejes longitudinal o transversal, o de ambos la vez.
- Ancho: dimensión mayor de la escuadría.
- Clasificación estructural: clasificación que se efectúa considerando la resistencia de la
pieza de madera a los esfuerzos mecánicos, de acuerdo al uso a que ella se destine.
- Clasificación estructural mecánica: agrupamiento de piezas de madera aserrada
mediante la medición experimental de su rigidez usando un proceso normalizado.
- Clasificación estructural visual: agrupamiento de piezas de madera aserrada, basada
en la inspección ocular, en sus caras y cantos, de las características reductoras de la
resistencia de la pieza
- Delaminación: separación de las láminas de un elemento laminado debido a la falla del
adhesivo o a la falta de ligazón entre el adhesivo y la madera.
- Elemento laminado horizontal: pieza de madera laminada sometida a flexión en la
que las láminas se disponen paralelas al plano neutro de flexión.
- Elemento laminado vertical: pieza de madera laminada sometida a flexión en la que
las láminas se disponen normales al plano neutro de flexión.
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- Ensamble en seco: paquete de láminas sin adhesivo dispuesto como un elemento
estructural con el propósito de determinar la posición de las láminas de acuerdo a su
calidad y a la distancia entre uniones de extremo.
- Esparcido: cantidad de adhesivo usado en la superficie a unir. Se expresa en gramos
por metro cuadrado (g/m2).
- Fenol – formaldehído: tipo de adhesivo fabricado con resinas fenólicas y
formaldehído.
- Fibra: disposición de los elementos constitutivos de la madera en dirección
longitudinal. Se conoce también por “hilo” o “grano”.
- Fraguado: cambio producido en el adhesivo desde su estado plástico al estado sólido.
- Grado: conjunto de disposiciones o limitaciones mensurables de las características de
la madera que permite agruparlas, para su clasificación en una determinada categoría.
- Lámina: capa de madera en un elemento laminado. Puede estar formada por varias
piezas unidas por sus cabezas y/o cantos, extendiéndose a todo el ancho y longitud del
elemento.
- Laminación: proceso de unir las láminas con adhesivos y que incluye la preparación de
las láminas, preparación y esparcido del adhesivo, ensamblado de las láminas en
paquetes, aplicación de presión y maduración.
- Línea de encolado: capa de adhesivo que une dos láminas.
- Madera aserrada: pieza cortada longitudinalmente, por medio de sierra manual o
mecánica, con el fin de obtener caras planas y ortogonales.
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- Madera cepillada: madera aserrada y posteriormente alisada en una o más caras y/o
cantos, mediante una máquina cepilladora.
- Madera laminada encolada estructural: producto que resulta de la unión, mediante
adhesivo, de piezas de madera clasificadas estructuralmente 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. El producto final
puede ser un elemento recto o curvo, con geometría constante o variable.
- Maduración: periodo de almacenamiento que se debe dar a una unión encolada, una
vez fuera de prensas, hasta que alcance prácticamente su resistencia total.
- Punteadura Simple: una depresión o cavidad en la pared celular donde la pared
primaria no está cubierta por pared secundaria. Estructuras similares a punteaduras en
la pared primaria se denominan punteaduras primordiales, punteaduras primarias,
campos de punteaduras primarias. Una punteadura es generalmente un miembro de un
par de punteaduras. El apareamiento intercelular de dos punteaduras simples.
- Porcentaje de falla de madera: superficie de fibras rotas que se presentan después de
un ensayo de resistencia en probetas solicitadas por cizalle a través del adhesivo,
expresada en porcentaje respecto al área total encolada de la probeta.
- Resorcinol – formaldehído: tipo de adhesivos fabricados con resinas de resorcina y
formaldehído.
- Tiempo de ensamblado: intervalo de tiempo comprendido entre el esparcido del
adhesivo sobre las superficies a unir y la aplicación de la presión final o calor, o de
ambos a la vez, al ensamble.
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- Tiempo de prensado: tiempo durante el cual el elemento encolado y ensamblado debe
permanecer bajo la acción de la presión.
- Unión de extremos: empalme formado por la unión de las cabezas de las piezas
mediante adhesivo y presión. Puede materializarse mediante diversos cortes.
- Urea – formaldehído: adhesivo fabricado con resinas de urea y formaldehído.
- Vida útil de almacenamiento: periodo de tiempo mediante el cual las partes
constituyentes de un adhesivo permanecen en condiciones de uso.
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