Construccion en Madera

CURSO : ARQUITECTURACONSTRUCCION EN MADERA

CONSTRUCCION EN MADERA

1. INTRODUCCIÓN

La madera es un material complejo, con unas propiedades y características que dependen no sólo de su composición sino de su constitución (o de la manera en que están colocados u orientados los diversos elementos que la forman). El cómo están colocados u ordenados estos elementos nos servirá para comprender mejor el comportamiento, algunas veces poco lógico (aparentemente) de este material.

En primer lugar se ha de recordar que la madera no es un material de construcción, fabricado a propósito por el hombre, sino que es un material obtenido del tronco y las ramas de los árboles cuya finalidad es la de facilitar el crecimiento y supervivencia de este elemento vegetal.

La madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de células especializadas que forman tejidos.

Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia, transformar y almacenar los alimentos y por último formar la estructura resistente o portante del árbol.

Será interesante recordar algunos conceptos respecto a la composición, microestructura y sobre todo la macroestructura de la madera.

2. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURAS DE LA MADERA

COMPOSICIÓN

Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea, producida por un organismo vivo que es el árbol.

Sus propiedades y posibilidades de empleo son, en definitiva, la consecuencia de los caracteres, organización y composición química de las células que la constituyen.

El origen vegetal de la madera, hace de ella un material con unas características peculiares que la diferencia de otros de origen mineral.

Elementos orgánicos de que se componen:

- Celulosa: 40-50%

- Lignina: 25-30%

- Hemicelulosa: 20-25% (Hidratos de carbono)

- Resina, tanino, grasas: % restante

Estos elementos están compuestos de:

- Elementos esenciales (90%):

- Carbono: 46-50%

- Oxígeno: 38-42%

1 DOCENTE: ARQ. Arlette Geraldine Ponce camara


- Hidrógeno: 6%

- Nitrógeno: 1%

- Otros elementos (10%):

- Cuerpos simples (Fósforo y azufre)

- Compuestos minerales (Potasa, calcio, sodio)

ESTRUCTURA MACROSCÓPICA

La observación de un trozo de madera nos permitirá ver los diversos elementos característicos que la forman, y además, apreciar que no se trata de un material homogéneo.

Si se observa el tronco de un árbol, se ve que tiene forma casi cilíndrica (troncocónica) y que está formado por sucesivas capas superpuestas (anillos).

En primer lugar se aprecia que entre la madera y la corteza existe una capa generatriz, llamada cambium, que produce madera hacia el interior y corteza hacia el exterior. En cada período vegetativo se forma una nueva capa (anillo) que cubre la anterior.

Dentro de cada capa se observan dos zonas bien diferenciadas, la formada al principio del período vegetativo con células de paredes delgadas y grandes lúmenes que se denomina madera de primavera, y la formada durante el verano, con células de paredes gruesas y lúmenes pequeños, llamada madera de verano.

Esta diferencia entre las dos zonas, hace fácilmente distinguible en la sección transversal, una serie de anillos concéntricos llamados anillos de crecimiento, cada uno de los cuales corresponde a un período vegetativo de la vida del árbol y que en nuestro clima, representa el crecimiento anual, por lo que su número indica la edad del árbol.



Analicemos, una por una, las diferentes partes que se puedan observar en una sección normal al eje del árbol.

- Médula:

Parte central del árbol. Constituida por tejido flojo y poroso. Tiene un diámetro muy pequeño. Madera vieja y normalmente agrietada. Se suele desechar en los procesos de elaboración de la madera.

- Duramen:

Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia (debido al proceso de lignificación.) De coloración, a veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable. La duraminización (transformación de albura a duramen) de la madera se caracteriza por una serie de modificaciones anatómicas y químicas, oscurecimiento, aumento de densidad y mayor resistencia frente a los ataques de los insectos.

- Albura:

Se encuentra en la parte externa del tronco, bajo la corteza. Constituida por tejidos jóvenes en período de crecimiento (zona viva). Contiene mucha savia y materias orgánicas. De coloración más clara que el duramen, más porosa y más ligera, con mayor riesgo frente a los ataques bióticos.

- Cambium:



Capa existente entre la albura y la corteza, constituye la base del crecimiento en especial del tronco, generando dos tipos de células:

Hacia el interior: Madera (albura)

Hacia el exterior: Liber

- Liber:

Parte interna de la corteza. Es filamentosa y poco resistente. Madera embrionaria viva.

- Corteza:

Capa exterior del tronco. Tejido impermeable que recubre el liber y protege al árbol.

- Radios leñosos:

Bandas o láminas delgadas de un tejido, cuyas células se desarrollan en dirección radial, o sea, perpendicular a los anillos de crecimiento. Ejercen una función de trabazón. Almacenan y difunden las materias nutritivas que aporta la savia descendente (igual que las células de parénquima). Contribuyen a que la deformación de la madera sea menor en dirección radial que en la tangencial.

Son más blandos que el resto de la masa leñosa. Por ello constituyen las zonas de rotura a comprensión, cuando se ejerce el esfuerzo paralelamente a las fibras.

- Anillos anuales:

. Cada anillo corresponde al crecimiento anual, consta de dos zonas claramente diferenciadas:

- Una formada en primavera: Predominan en ella los vasos gruesos que conducen la savia bruta hasta las hojas (tejido vascular). Color claro, pared delgada y fibras huecas y blandas.

- Otro formado en verano: Tienen los vasos más pequeños y apretados. Sus fibras forman el tejido de sostén. Color oscuro denso y fibras de paredes gruesas.

En zonas tropicales (o en las zonas donde no se producen, prácticamente, variaciones climáticas con los cambios de estación, y la actividad vital del árbol es continua), no se aprecian diferencias entre las distintas zonas de anillos de crecimiento anual.

Su suma, son los años de vida del árbol. Debido a la forma tronco-cónica del árbol, los anillos anuales se deben contar en el tronco, en zona más próxima a las raíces.

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA

Como se ha visto la madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de células especializadas que forman tejidos.

Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia, transformar y almacenar los alimentos y formar la estructura resistente o portante del árbol.

La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa de sus propiedades.



Se puede considerar la madera como un conjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos al eje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, como en el espesor de sus paredes y en las dimensiones interiores.

Estas células están unidas entre sí por una sustancia llamada materia intercelular o laminilla media, y a su vez trabadas por otro tipo de células, colocadas perpendicularmente a las anteriores y en el sentido radial del tronco, formando los llamados radios leñosos.

La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen la infinidad de especies diferentes de madera que existen.

Las paredes de los tubos están formadas por una serie de capas compuestas por microfibrillas de celulosa enrolladas helicoidalmente alrededor del eje con inclinación diferente en cada capa, y todas ellas, embebidas en un material amorfo. Prácticamente insoluble, que es la lignina.

Es muy habitual asimilar estas células a un pilar hueco de hormigón armado, en la que la lignina, hace las veces de hormigón y las microfibrillas de celulosa las del acero.

Todo ello hace de la madera un material resistente y ligero, que puede competir favorablemente con otros materiales utilizados en la construcción, en cuanto a la relación resistencia-peso específico.

En el sentido axial distinguimos:

a) Fibras alargadas, de pared gruesa formadas por células que se han prolongado afinándose en las puntas, constituyendo los tejidos de sostén, es decir, la estructura y la parte resistente de la madera (tejido fibroso).

En las coníferas estas células son las mismas que sirven para permitir la circulación de los fluidos.

b) Vasos y poros de pared delgada (tejido vascular), formando los órganos de conducción o vehículo de la savia ascendente o bruta; los poros de la madera aparecen en sección transversal (pequeños agujeros), y en sección longitudinal (pequeñas estrías).

c) Células de parénquima, son cortas y poco abundantes. Difunden y almacenan en todo el espesor del árbol la savia descendente o elaborada.

El parénquima constituye una especie de tejido conjuntivo (tegumental o de defensa), que vincula entre sí a los otros tejidos y que está formado por células poliédricas de paredes celulósicas delgadas y esponjosas.



Esta especialización entre estructura y función sólo existe en los árboles frondosos; en los resinosos, todas las fibras son de carácter especial, llamadas traqueidas, de paredes más o menos espesas según la época del año en que se han formado.

En el sentido radial hay menos células, y estas se disponen por bandas o láminas delgadas (radios medulares), intercaladas entre las fibras y los vasos, a los que cruzan en ángulo recto, dirigiéndose desde la corteza hasta el centro del árbol.

En esas bandas de células llamadas radios celulares o mallas, almacenan y difunden, como las células del parénquima, las materias nutritivas que arrastra la savia descendente.

En ciertas especies se encuentran en ambos sentidos, axial y radial, unos canales secretores de resina.

De lo dicho anteriormente se desprende que la madera es un material heterogéneo y anisótropo, por tanto, sus propiedades variarán según la dirección que se considere.

COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS CONSTITUYENTES DE LA PARED CELULAR

El análisis de los distintos componentes será el siguiente:

CELULOSA

La celulosa es el principal componente estructural de la madera. Seria el equivalente a las armaduras en el hormigón armado.

La celulosa es un polímero lineal, cuya fórmula es (C6 H10 O5) n siendo el valor de n varios miles de unidades.

HEMICELULOSA

Se considera a la hemicelulosa como el agente cementante que mantiene aglomeradas las microfibrillas y evita fisuras cuando las fibras de la madera son sometidas a esfuerzos de torsión, flexión o compresión que actúan sobre ellas.

La hemicelulosa, también un polímero, cuyas fórmulas (C5 H8 O4)n y (C6 H8 O4)n siendo el valor de n de centenares de unidades. Su grado de polimerización es menor que el de la celulosa.

LIGNINA.

Podríamos decir que la lignina actúa como impermeabilizante de las cadenas de celulosa (muy hidrófilas) y como aglomerante de las estructuras fibrilares de las células.

3. PROPIEDADES FISICAS

ANISOTROPÍA

Dado que la madera es un material formado por fibras orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo, es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, si no que varían en función de la dirección en la que se aplique el esfuerzo.

Se consideran tres direcciones principales con características propias:



- Dirección axial: Paralela a las fibras y por tanto al eje del árbol. En esta dirección es donde la madera presenta mejores propiedades.

- Dirección radial: Perpendicular al axial, corta el eje del árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de crecimiento aparecidos en la sección recta.

- Dirección tangencial: Localizada también en la sección transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o también, normal a la dirección radial.



PROPIEDADES FISICAS DE MA MADERA

HUMEDAD DE LA MADERA.

Es la propiedad más importante, pues influye sobre todas las demás, propiedades físicas, mecánicas, mayor o menor aptitud para su elaboración, estabilidad dimensional y resistencia al ataque de seres vivos.

El agua es el vehículo de transporte que utilizan las plantas para su alimento, esto, unido a la higroscopicidad de la madera, hace que esta tenga normalmente en su interior cierta cantidad de agua, que es necesario conocer antes de su uso, debido a las modificaciones que produce en las características físicas y mecánicas.

El agua en la madera, puede estar presente de tres formas diferentes:

- Agua de constitución o agua combinada: Es aquella que entra a formar parte de los compuestos químicos que constituyen la madera. Forma parte integrante de la materia leñosa (de su propia estructura), y no se puede eliminar si no es destruyendo al propio material (por ejemplo, quemándola).

- Agua de impregnación o de saturación: Es la que impregna la pared de las células rellenando los espacios submicroscópicos y microscópicos de la misma. Se introduce dentro de la pared celular, siendo la causa de la contracción de la madera cuando la pierde (desorción) y de su expansión o hinchamiento cuando la recupera (sorción: retención de agua). Se puede eliminar por calentamiento hasta 100 - 110° C.

- Agua libre: Es la que llena el lumen de las células o tubos (vasos, traqueidas, etc.) Es absorbida por capilaridad.

El agua libre, una vez perdida por la madera, ya no puede ser recuperada a partir de la humedad atmosférica. Para recuperarla, habrá de ser por inmersión directa en el agua. El agua libre no tiene mas repercusión que la ocupación física de los huecos, y por consiguiente no influye en la hinchazón o merma de la madera ni en las propiedades mecánicas.

Las dos últimas, impregnación y libre son las que constituyen la humedad de la madera. La humedad es la cantidad de agua que contiene la madera expresada en % de su peso en estado anhídro o húmedo.



CONTENIDO DE HUMEDAD.

Definimos como contenido de humedad o simplemente humedad de la madera h a la relación del peso del agua contenida en la madera, al peso de la madera anhídra y se calcula de la siguiente forma:

DENSIDAD:

La densidad real de las Maderas es sensiblemente igual para todas las especies: 1,56. La densidad aparente varía de una especie a otra, y aun en la misma, según el grado de humedad y.

Madera de Pino Silvestre: 0.32 – 0.76Kg/dm3

Madera de Pino Negro:0.38 – 0.74Kg/dm3

Madera de Pino Tea:0.83 – 0.85Kg/dm3

Madera de Abeto:0.32 – 0.6Kg/dm3

Madera de Alerce:0.44 – 0.80Kg/dm3

Madera de Roble:0.71 – 1.07Kg/dm3

Madera de Encina: 0.95 – 1.20Kg/dm3

Madera de Haya: 0.60 – 0.90Kg/dm3

Madera de Olmo: 0.56 – 0.82 Kg/dm3

Madera de Nogal:0.60 – 0.81 Kg/dm3

Las Maderas se clasifican según su densidad aparente, en pesadas, ligeras y muy ligeras.

PROPIEDADES MECANICAS

ELASTICIDAD - DEFORMABILIDADBajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura.

La manera de medir deformaciones es a través de su módulo de elasticidad, según la formula:


http://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml#defi

http://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml


Este módulo dependerá de la clase de madera, del contenido de humedad, del tipo y naturaleza de las acciones, de la dirección de aplicación de los esfuerzos y de la duración de los mismos. El valor del módulo de elasticidad E en el sentido transversal a las fibras será de 4000 a 5000 Kg / cm.2El valor del módulo de elasticidad E en el sentido de las fibras será de 80.000 a 180.000 Kg / cm.2

FLEXIBILIDAD

Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. Si son elásticas recuperan su forma primitiva cuando cesa la fuerza que las ha deformado.La madera presenta especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura (muebles, ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc.).La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación.La flexibilidad se facilita calentando la cara interna de la pieza (produciéndose contracción de las fibras interiores) y, humedeciendo con agua la cara externa (produciéndose un alargamiento de las fibras exteriores) La operación debe realizarse lentamente.Actualmente esta propiedad se incrementa, sometiéndola a tratamientos de vapor.Maderas flexibles: Fresno, olmo, abeto, pino.Maderas no flexibles: Encina, arce, maderas duras en general.

DUREZA


http://www.monografias.com/trabajos15/instrumentos-chinos/instrumentos-chinos.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/acciones/acciones.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/debate-multicultural-etnia-clase-nacion/debate-multicultural-etnia-clase-nacion.shtml


Es una característica que depende de la cohesión de las fibras y de su estructura.Se manifiesta en la dificultad que pone la madera de ser penetrada por otros cuerpos (clavos, tornillos, etc.) o a ser trabajada (cepillo, sierra, gubia, formón).La dureza depende de la especie, de la zona del tronco, de la edad. En general suele coincidir que las mas duras son las mas pesadas.El duramen es más duro que la albura. Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderas fibrosas son más duras. Las maderas más ricas en vasos son más blandas. Las maderas mas duras se pulen mejor.- Muy duras: Ebano, boj, encina.- Duras: Cerezo, arce, roble, tejo...- Semiduras: Haya, nogal, castaño, peral, plátano, acacia, caoba, cedro, fresno, teka.- Blandas: Abeto, abedul, aliso, pino, okume.- Muy blandas: Chopo, tilo, sauce, balsa.

CORTADURA



Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la dirección de las fibras.Si la fuerza es máxima en sentido perpendicular a las fibras será cortadura y si es mínima en sentido paralelo a las mismas será desgarramiento o hendibilidad.

HENDIBILIDADEs la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras.La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en el sentido de las fibras. Una cuña, penetra fácilmente en la madera, al vencer por presión la fuerza de cohesión de las fibras (no las corta). Es fácil observar esta propiedad al cortar madera para hacer leña, en la dirección de las fibras se separa en dos fácilmente. La madera verde es más hendible que la seca.Cuando se van a realizar uniones de piezas de madera por medio de tornillos o clavos nos interesa que la madera que vamos a usar tenga una gran resistencia a la hienda.Hendibles: Castaño, alerce y abeto.Poco hendibles: Olmo, arce y abedul.Astillables: Fresno

DESGASTE o CIZALLELas maderas sometidas a un rozamiento o a una erosión, experimentan una pérdida de materia (desgaste)


http://www.monografias.com/trabajos11/mundi/mundi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml


La resistencia al desgaste es importante en las secciones perpendiculares a la dirección de las fibras, menor en las tangenciales y muy pequeña en las radiales

Las características mecánicas de la madera pueden ser analizadas a través de las fibras

paralelas y las fibras perpendiculares. En las fichas técnicas analizaremos las fibras en el

sentido paralelo, pues la resistencia es mayor que en sentido perpendicular.

Sentido paralelo de las fibras Sentido perpendicular de las fibras

En ellas indicaremos, además, tres fuerzas mecánicas (resistencia a la flexión, resistencia a la

compresión y resistencia a la tracción) y el valor del módulo de elasticidad. He aquí,

individualmente, cada una de esas propiedades:

1. Resistencia a la flexión: es la fuerza que hace la madera contra las tensiones de

compresión y tracción de las fibras en paralelo.

Resistencia a la flexión



La madera puede estar en distintas posiciones a la hora de enfrentarse a las fuerzas de

flexión: entre dos apoyos, sobre dos apoyos o adherida a una pieza.

Esta propiedad es muy importante cuando las piezas son largas y finas (estantes, bancos,

suelos…). La resistencia de la madera a la flexión suele ser muy grande.

2. Resistencia a la tracción: es la fuerza que realiza la madera ante dos tensiones de sentido

contrario que hacen que disminuya la sección transversal y aumente la longitud.

Aunque en la producción de mueble tiene muy poca importancia, es muy importante en

estructuras de madera.

Resistencia a la tracción



3. Resistencia a la compresión: fuerza que realiza la madera contra tensiones que tienden a

aplastarla. El efecto de aplastamiento es mayor con las fibras de sentido perpendicular, que

en sentido contrario.

Resistencia a la compresión

4. Módulo de elasticidad: propiedad de la madera para curvarse longitudinalmente sin

romperse. En la madera existen dos módulos de elasticidad, en las fibras en sentido paralelo:

el módulo de elasticidad a la tracción, y el módulo de elasticidad a la compresión; de hecho,

como hemos podido ver anteriormente, la resistencia ante dichas fuerzas adquiere valores

diferentes.

En la práctica, en las fibras en sentido paralelo se utiliza un único valor del módulo de

elasticidad.

Para calcularlo, se tienen en cuenta los anteriores valores de tracción y compresión. Su valor,

según la calidad de la madera, suele ser de entre 70.000 y 120.000 kg/cm2.



TIPOS DE ENSAYO



AGRUPAMIENTO DE LA MADERA PARA EL USO ESTRUCTURAL

El agrupamiento está basado en los valores de la densidad básica y la resistencia mecánica

Los valores de la densidad básica, módulo de elasticidad y esfuerzos admisibles para los grupos A , B , C serán los siguientes.

DENSIDAD BASICA:





Tecnología sismorresistente para construcciones en madera

Aunque aún no se profundiza en América Latina en una normativa enfocada a la resistencia de las construcciones de madera ante un sismo, lo cierto es que desde el año 700 se han investigado y desarrollado sistemas que permiten que este material sea cada vez más seguro frente las fuerzas de la naturaleza.

Las cualidades de la madera para enfrentar un sismo son indiscutibles, la capacidad de absorber fuerzas dinámicas la hacen un material con excelentes prestaciones técnicas para ser utilizada en zonas con altos índices de sismicidad. La energía liberada por los movimientos naturales de la tierra provoca esfuerzos máximos por tiempos muy breves, los que la madera puede contrarrestar, razonablemente, gracias a los altos índices de ductilidad que posee. Entendiendo estas cualidades como base, los constructores, a través de los años, lograron desarrollar técnicas que generaron avances tecnológicos significativos en construcciones sismorresistentes de tamaño considerable, los cuales han desembocado en disipadores sísmicos de última generación empleados en múltiples edificaciones en madera, alrededor del mundo.

Los primeros antecedentes de que se utilizaban métodos constructivos que impedían el colapso de estructuras en madera datan del año 700 en Japón, donde esas técnicas traídas desde China tuvieron que ser modificadas para ser empleadas con éxito.



Las pagodas fueron el gran laboratorio en esa época y el desafío no era menor: construir edificios de 30 metros de altura empleando madera como material predominante. El principio básico fue erigir estructuras de madera ensambladas mediante encastres con bastantes márgenes de tolerancia para permitir el movimiento de los distintos elementos que conformaban el sistema estructural base.

Cada uno de los niveles del edificio eran de planta cuadrada, totalmente independientes entre sí, distribuidos o montados mediante un apilamiento de pisos que, a medida que ganaban altura, se escalonaban disminuyendo su tamaño, como si fuera una verdadera conífera. Dicha técnica, llamada kanji (columna de cajas), presenta grandes aleros pesados que hacen las veces de ramas, que generan un momento de inercia importante, y ayudan a estabilizar la estructura general del edificio.

Para evitar el colapso en caso de fuertes movimientos sísmicos –entendiendo que cada nivel actúa independientemente sin una continuidad estructural– los constructores insertaron en el centro del edificio un colosal pilar que no transmitía esfuerzo alguno del resto de la estructura.Su función era evitar que los distintos niveles se desencajaran en el momento de fuertes esfuerzos horizontales; algunas veces este enorme pilar colgaba desde la parte más alta de una pagoda haciendo las veces de péndulo. En su conjunto, claramente el sistema constructivo actuaba como un gran dispositivo de amortiguación de masas sintonizado, siendo éste el gran precursor de los sistemas actuales de disipación de energía.Vale señalar que aunque se trata de un sistema constructivo histórico, hoy en día no se utiliza pero existen numerosos edificios levantados a partir de este modelo, de épocas remotas, aún en pie.



La técnica del Kanji en Japón, se aplicó, no sólo a los sinogramas de su escritura, también a la arquitectura en la que fueron numerosas las construcciones que simulaban columnas armadas

de cajas. Los primeros antecedentes, datan del año 700, en Japón.

La construcción de las técnicas

En la cultura occidental, no fue hasta el siglo XVIII que técnicas traídas de Europa fueron evolucionando debido a la escasa mano de obra existente en el continente. Ya, en el siglo XIX, y con el marco de la revolución industrial, la madera maciza es sustituida por materiales industrializados como el acero y hormigón que ganaron terreno progresivamente, sustitución que se debió, en gran medida, a que la madera siempre ha necesitado de la especialización en mano de obra para su manipulación y para la elaboración de los distintos ensambles de caja y espiga, los cuales, para entonces, eran unidos con clavijas de madera y que, según los esfuerzos que debía soportar la estructura, eran diferentes.Con el tiempo, esas uniones fueron remplazadas por anclajes metálicos, lo que permitió un gran saltoen cuanto a servicios, ya que podían resistir esfuerzos mayores a los registrados hasta el momento.Vale señalar que este desarrollo le debe también su nacimiento a la aparición de la sierra a motor que revolucionó la industria de la madera, ya que fue posible la generación de piezas de muy pequeña sección –para lograr grandes formatos– con características similares entre un



elemento y el otro; la elaboración manual quedo en el pasado, lo que dio como resultado el paso a la industrialización de los productos madereros. Estos avances permitieron generar un sistema constructivo más simple de montar, producto de la eliminación de encastres y la disminución de la sección de cada una de las piezas de madera, lo que las hizo más livianas y fáciles de trabajar.

Se dio entonces que mientras en Europa la tradición de pilares y jácenas perdía terreno como consecuencia del acero y hormigón, en Norteamérica aparecía un nuevo sistema constructivo llamado Balloon Frame, posteriormente sustituido por el Platform Frame que permitía construir estructuras más ligeras, con un mínimo de material para su elaboración –ideales para viviendas de más de dos pisos–, a partir de montantes de madera de pequeña escuadría separados entre ellos a unos 50 centímetros, esto permitía generar un verdadero muro de carga entramado .

Esta nueva solución constructiva fue posible gracias a la aparición, en forma industrializada, del clavo, lo que generó una baja en el costo y permitió la penetración de este elemento en la industria de la madera. El clavo pasó a transformarse en el nuevo sistema de unión entre elementos de madera, la unión por encajes, quedó atrás.

El Platform Frame fue el origen de los actuales métodos de construcción industrializada con la que se levantaron la mayoría de las viviendas unifamiliares en Norteamérica. A lo largo del tiempo surgió la solución de entramado ligero de madera que ha evolucionado según las necesidades, al punto de que las triangulaciones elaboradas en los paneles entramados como diafragma han sido sustituidas por tableros de madera que cumplen dicha función con mejores resultados, y a su vez esta estructura ha incorporado una serie de capas que mejoran su inercia hasta hacerla casi nula.

Vale anotar que al ser el light frame o entramado ligero, un sistema ligero de gran flexibilidad, disipa de mejor forma la energía con un excelente comportamiento para cargas de larga duración, como puede ser un movimiento sísmico. Antiguamente las construcciones a partir de este modelo tendían a levantarse en suelos pedregosos que impedían asentamientos diferenciales de la estructura general.

En la actualidad este sistema, llamado light frame, tiene como su gran diferencia con los sistemas anteriores, la incorporación de herrajes metálicos, paneles rígidos o diagonales arriostrantes que mejoran el comportamiento de la estructura para contrarrestar esfuerzos horizontales, transformándose en verdaderos muros de carga ligeros.

En resumen, y tras la necesidad de contar con mejores construcciones que respondan eficientemente a los desafíos contemporáneos, se han desarrollado múltiples soluciones que mejoran sustancialmente los comportamientos de los edificios frente a los movimientos sísmicos, entendiendo que cada día ganan más altura al punto que hoy llegan a nueve plantas, en sistemas de madera contralaminada, y seis plantas en sistemas de plataforma. En este sentido, gracias al desarrollo de estudios y pruebas a escala 1:1 –como las realizadas en el proyecto Capstone NeesWood en Japón en 2009– se han podido analizar múltiples soluciones y comportamientos de un edificio de seis plantas en una mesa dinámica que puede simular un terremoto de magnitud 7.5. Los resultados de estas pruebas y sus respectivas correcciones dieron paso a la normativa vigente de construcciones, en mediana altura, en



Estados Unidos y Canadá. La necesidad de evitar el vuelco por movimientos sísmicos de estas grandes construcciones llevó al desarrollo de sistemas de anclajes integrales que conectan la parte más alta del edificio con sus cimientos.

Entre las soluciones para construcción están los perfiles de aluminio estructural, altamente flexibles, que ofrecen ahorros en los costos de ingeniería, fabricación y montaje,

especialmente para obras de dos pisos en adelante.

Para ello se crearon los sistemas ATS (Anchor Tiedown Systems) que están compuestos, básicamente, por varillas roscantes y muelles de contracción.Las varillas roscantes son las encargadas de evitar el vuelco del edificio trabajando a tracción, mientras que los muelles de contracción tienen la función de compensar, de forma homogénea, los esfuerzos en cada planta, entendiendo que cada uno de los niveles se comporta de distinta manera debido a que la aceleración aumenta con la altura, lo que incrementa las fuerzas inerciales en los pisos superiores. Esa es la razón que para este tipo de construcciones se deba utilizar madera con muy bajo índice de humedad, a fin de evitar grandes dilataciones propias del material.Pero no solo existen avances respecto a edificios de alturas considerables, elementos como los paneles rigidizadores de acero se han trasformado en una gran solución a la hora de generar muros de corte más robustos y de menor tamaño, lo que permite, a su vez, aperturas de vano de tamañosconsiderables. Estos prefabricados de acero están diseñados para conectarse con la totalidad de la estructura, tanto vertical como horizontalmente, y crear muros de carga continuos en dos o tres niveles, produciendo una solidaridad estructural con el resto de la construcción.Las altas prestaciones o servicios de los paneles rigidizadores de acero hacen de estos elementos, una buena alternativa para mejorar el comportamiento sismoresistente de las viviendas unifamiliares de dos a tres plantas.



Presente y futuro de los modelos constructivos

En la actualidad, una nueva generación de edificios hacen de las estructuras de marco, una eficiente alternativa para edificios de mediana altura. Este nuevo sistema constructivo nace en Nueva Zelanda, donde la madera y los movimientos sísmicos son habituales.

El sistema constructivo es llamado madera postensada, y consiste, básicamente, en introducir cables de acero en el alma de las vigas microlaminadas longitudinales del edificio que, posteriormente, son tensadas para comprimir el edificio.

Lo anterior otorga una mayor resistencia frente a esfuerzos horizontales y elimina los herrajes metálicos que fácilmente pueden desgarrar la madera frente a esfuerzos de considerable magnitud que debiliten las áreas más sensibles del edificio, como son las conexiones entre elementos.Para mantener pilares y vigas en su sitio, cuatro barras redondas de acero son introducidas en el nudo de encuentro, lo que genera la conexión entre pilar y viga.

Hoy en día existen dos edificios de mediana altura que cuentan con el sistema constructivo descrito. El primero es el NMIT Arts and Media Building, erigido en Nueva Zelanda en el año 2011, y su importancia está en los múltiples elementos constructivos que le permiten un excelente comportamiento sismorresistente, en conjunto con las vigas postensadas, y sus muros de corte transversales de madera microlaminada que, en su interior, poseen varillas metálicas que anclan los muros a la losa de cimentación.

Dichas varillas metálicas llegan hasta la parte más alta de la tercera planta del edificio, altura a la que alcanzan, de forma continua, los muros de corte. En realidad cada uno de los muros se descompone en dos grandes elementos que se unen mediante disipadores de fricción metálicos en forma de U, trasformando la energía mecánica en energía térmica; estos elementos permanecen inactivos mientras no exista una demanda sísmica importante sobre el edificio.El segundo edificio es el Massey University College of Creative Arts, erigido en Nueva Zelanda en el año 2012, y que ha permitido avanzar en la consolidación de la madera en construcciones de mediana altura.



Massey University College of Creative Arts, erigido en Nueva Zelanda

En la actualidad, nuevos proyectos pretenden alcanzar un nuevo nivel en la construcción en madera sobrepasando las nueve plantas del edificio más alto construido en época moderna. Uno de ellos es el proyecto estudio Tall Wood , de la oficina de arquitectos canadienses Michael Green, que pretende variar la forma de construir edificios de altura, cambiando el hormigón y acero, por materiales de bajo impacto ambiental.El proyecto –que pretende llegar a las 30 plantas– tendrá que vencer múltiples los desafíos, y será la oficina de arquitectos, la encargada de sortearlos, no sólo a nivel técnico constructivo, sino también a nivel normativo pues Canadá contempla edificios de hasta seis plantas construidos en madera.



El éxito o fracaso de esta y otras iniciativas dependerá única y exclusivamente de la voluntad por dar un salto cualitativo en nuevos mecanismos sismorresistentes, elementos de protección frente al fuego y una mejora sustancial en nuevos subproductos de la madera con mejor resistencia estructural.

Los rascacielos en madera, una idea que ha rondado a amantes de la arquitectura sustentable, como Michael Green, un convencido de sus aportes para contrarrestar el cambio

climático.


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Construccion en Madera