LA Madera COMO Material DE ConstrucciÓn PDF

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Trabajo referenciado sobre la madera como material de construcción...

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LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN S. Rodríguez, N. Tafur, M. Giraldo, B. Ruiz, A.González Materiales de Construcción Programa de Ingeniería Civil, Universidad del Norte INTRODUCCIÓN: El uso de la madera como material de construcción ha acompañado a la humanidad durante toda su historia, esta ha sido una de las herramientas primordiales al momento de construir edificaciones. A medida que ha pasado el tiempo, nuevas tecnologías han llegado, así como otros materiales que han reemplazado de alguna manera el uso masivo de la madera. A pesar de esto la madera sigue siendo un elemento de mucha importancia en las obras civiles puesto que tiene algunas propiedades que la mayoría de elementos estructurales no poseen, además, si lo vemos desde un punto de vista ecológico (factor que es de suma importancia en la realización de obras civiles en la actualidad) la energía que la madera utiliza es mucho más baja que la que se utiliza en la elaboración de otros materiales como el acero y el aluminio. En vista de que la madera es tan importante en las construcciones, se hablará de las propiedades que favorecen su uso, las ventajas y demás factores importantes. OBJETIVOS ● Identificar las propiedades mecánicas que ofrece la madera. ● Reconocer la madera como un material aún vigente en la construcción. ● Estudiar los diferentes usos que se le dan a la madera. ● Conocer las ventajas y desventajas que tiene el uso de la madera en la industria. QUE ES LA MADERA: La madera es la parte más sólida del árbol, la cual se caracteriza por su gran elasticidad(esto dependerá de la dirección a la que se ve deformada). Las condiciones de esta variarán dependiendo de las condiciones climáticas a la que se veía expuesto el árbol de donde se extrajo la madera. La madera está compuesta mayoritariamente por carbono, oxigeno, hidrogeno, nitrogeno, entre otros. HISTORIA La madera ha formado parte en las construcciones hechas por el hombre desde el mismo neolítico. Allí donde los refugios naturales no le proporcionaban la seguridad suficiente, el hombre comenzó a fabricarse pequeñas cabañas o chozas. Seguramente la madera fue uno de los primeros materiales utilizados para ello, si no el primero, serían las ramas de madera seca que recogería del suelo, y después con la utilización de objetos cortopunzantes pedazos de madera más gruesos y más grandes. El tratado más antiguo sobre construcción que se ha encontrada se le atribuye a Marcos Viturbio arquitecto e ingeniero de Roma, lo tituló ‘De architectura’ y lo dedicó al emperador. En él se encuentran las primeras descripciones observables sobre los componentes, virtudes y usos de las madera, en el campo de la construcción. A pesar de que la madera fue una de los materiales más vitales en entre el siglo VII y XII tenía la gran desventaja de que con la poca tecnología en el momento con que se trataba, se

hacía de fácil combustión las viviendas familiares que vivían en condiciones de hacinamiento y tenían el hábito en estaciones frías de mantener chimeneas a fuego vivo. Éste aspecto negativo de la madera por mucho tiempo hizo reticente a los ojos de las personas el usarla como material de construcción, excepto tal vez en países escandinavos como Suecia en donde siempre ha sido usado como material principal. No fue sino hasta recientemente que la madera ha recuperado parte de su confiabilidad, (hoy en día se ha demostrado que las columnas de madera al sufrir un incendio no se derrumban, sino que se ennegrecen y endurecen, con lo que evitan el colapso del edificio que sostienen) y por otras ventajas de las que se mencionara en el avance de éste trabajo. Actualmente existen dos métodos principales de construcción de vivienda con madera utilizados por todo el mundo: las casas de troncos y las casas prefabricadas de madera de entramado ligero. Con el avance de la industrialización, también ahora se utilizan estructuras metálicas de acero, combinando los materiales de madera, acero y hormigón o mortero. PROPIEDADES: Las propiedades más importantes de la madera son la resistencia, flexibilidad, dureza,densidad, entre otras. La madera es un material anisótropo, esto quiere decir que las características físico-mecánicas de la madera varían dependiendo de las direcciones de las fibras. Resistencia: La madera es uno de los mejores materiales para utilizar en condiciones de tracción y compresión, debido a sus características la madera tendrá una resistencia mayor cuando estos esfuerzos sean paralelos a las fibras. Perpendicular a las fibras la resistencia disminuye. Tiene poca resistencia a cortante. Flexibilidad: La madera puede ser doblada, esto dependerá de cómo están estructuradas las fibras y que tan compactadas están. Dureza: Tiene una estrecha relación con la densidad, si el tipo de madera tiene una alta densidad, la dureza de esta será mayor. La humedad también influirá en su dureza de manera inversa, a mayor humedad menor dureza. Densidad:Aquí se hablara de una densidad absoluta y una densidad aparente, la primera solo dependerá de la celulosa. La densidad aparente va a depender de los poros que tiene la madera puesto que si hay mucha agua en estos poros la densidad variará. TIPOS DE MADERA Los tipos de madera para construcción se clasifican de diferentes formas: Por su procedencia: •Maderas gimnospermas: provienen de las coníferas como el pino, enebro, etc. Son maderas blandas, más ligeras y de bajo costo. Son las más utilizadas para muebles y estructuras que necesiten poca resistencia. •Maderas angiospermas: son árboles de hoja caduca (caducifolios) como el encino, la caoba, cedro, etc. Se trata de maderas duras, más resistentes pero con un mayor precio en el mercado. Se emplean en revestimientos de pisos y para la fabricación de muebles de gran calidad. Por su peso específico •Maderas duras: generalmente son aquellas que proceden de árboles de un crecimiento lento, lo que las procura de una mayor densidad además de buena resistencia y un mejor soporte a los cambios de clima. Pueden ser empleadas en la elaboración de muebles o vigas de los caseríos o viviendas unifamiliares. Su principal desventaja es su elevado precio en

comparación que las blandas, debido a que su lento crecimiento provoca su escasez, pero son mucho más atractivas para la construcción por sus propiedades. •Maderas blandas: En el mundo en su mayoría son producidas por árboles de coníferas. La gran ventaja que tienen respecto a las maderas duras, es su ligereza y su precio, mucho menor. Este tipo de madera no tiene una vida útil tan larga como la dura, pero puede ser empleada para trabajos específicos y es fácil de manipular. Por su proceso de fabricación: •Madera maciza : Son piezas enteras de madera, naturales. Su precio es mucho mayor y posee una calidad muy superior. La madera maciza requiere de un proceso de curado, que reduce el contenido de humedad hasta 1/5 de su total, esto con la razón para que sea trabajable y no se deforme o agriete, cuando naturalmente pierda el agua. Con esta madera se elaboran tablas, tableros y listones, y su calidad y resistencia, depende del árbol del que procede la pieza. •Aglomerados: Los derivados de la madera, son una opción económica y resistente para elaborar muebles u otros objetos. Son obtenidos a partir de virutas, serrines, cortezas, ramas, en general tienen forma de paneles, las variedades más comunes son los aglomerados, contrachapados y los de fibra.

PROCESO DE FABRICACIÓN y ELABORACIÓN Para maderas macizas o naturales, se realiza el siguiente proceso de fabricación ya que no necesitan de tratamientos adicionales: 1.Tala: Es la recolección de materia prima. Se debe realizar en las zonas permitidas y controladas para ello, en la explotación se usan sierras mecánicas o máquinas cosechadoras. 2.Poda: Una vez en el suelo los árboles, se cortan sus ramas con sierras mecánicas. 3. Transporte: En ésta operación, se construyen deslizadores de gran pendiente que conducen por gravedad los troncos a zonas de fácil acceso. También se utilizan grandes máquinas que elevan los troncos. Luego son transportados por carretera, ferrocarril o por agua a su destino (generalmente una serrería). 4. Descortezado: Se realiza en la cadena de rodillos. Esta operación y las siguientes tienen lugar en la serrería o aserradero. 5.Tronzado: Los troncos se cortan en trozos, según la longitud deseada, con sierras circulares. Después, los trozos son cortados en tablas o tablones de determinadas medidas, según planos paralelos a su eje. 6.Curado: La madera se seca en mayor o menor grado dependiendo del tipo de empleo posterior. 7. Cepillado. Es la última operación. Mediante ella se eliminan las irregularidades y se da a la madera un buen acabado y las medidas adecuadas. Para maderas artificiales o aglomeradas, su proceso de fabricación es el mismo que el de las maderas naturales pero se utilizan los ‘desechos’ de los pasos de descortezado, tronzado, curado y cepillado. Donde toman lugar los siguientes distintos pasos elaborativos[12]: 1.Preparación de partículas: Este paso inicia con la trituración de los ‘desechos de los anteriores pasos. Así, estos pedazos se convierten en astillas y éstas, a su vez, se convierten en partículas del tamaño deseado 2.Mezclado de partículas y adhesivo: Los principales adhesivos sintéticos que se utilizan para la fabricación de los tableros son urea-formaldehído y fenol-formaldehído, que son solubles en agua. Los tableros de partículas tienen una mayor resistencia mecánica mientras mayor sea la cantidad de resina que se utilice en su fabricación, sin embargo, por razones económicas no

conviene utilizar resina en mayor cantidad que la necesaria. 3. Formación del colchón: Antes del proceso de prensado de los tableros, las capas de partículas de madera cubiertas con gotas de pegamento se van colocando una sobre otra, de modo tal que se distribuyen en forma de colchón sobre una banda sin fin, con un grosor lo más uniforme posible. 4. Prensado: El tiempo de prensado varía entre 5 y 8 minutos para tableros de 12 mm de grosor, y de alrededor de 15 minutos para tableros de 19 mm; estos tiempos resultan ser suficientes para que el calor penetre hasta el centro del tablero permitiendo que fragüe el adhesivo. Cabe señalar que la prensa es el equipo más costoso de entre todos los que se utilizan en el proceso de fabricación de los tableros de partículas, y es por ello que regularmente se mantienen en operación ininterrumpidamente, y sólo se detienen para los períodos establecidos de mantenimiento. 5. Reacondicionamiento e igualamiento: Una vez que concluye el proceso de prensado, los tableros deben ser retirados inmediatamente, ya que al abrir la prensa las superficies de los tableros pierden humedad rápidamente debido a que las platinas permanecen calientes; esta pérdida de humedad puede propiciar el desarrollo de esfuerzos en los tableros, de modo que el proceso de acabado resulte más complicado e ineficiente. Los tableros, al ser retirados de la prensa, son almacenados unos sobre otros durante varios días para que se enfríen y se adapten a las condiciones ambientales que los rodean. Esta es una etapa importante en el proceso de fabricación de los tableros ya que al enfriarse gradualmente, su contenido de humedad se distribuye uniformemente en todo su interior, lo cual permite la máxima eficiencia de los adhesivos, al mismo tiempo que se evita que éstos se degraden por exposición prolongada a altas temperaturas. 6. Acabado: Ya sucedido el enfriamiento de los tableros y que su humedad interna sea uniforme y en equilibrio con la humedad del ambiente, se recortan al a medida y se lijan las caras para alcanzar el grosor final. En algunas fábricas la operación de acabado incluye la aplicación de pinturas o barnices. PRESENTACIONES FINALES Madera Aserrada Se denomina madera aserrada estructural [2] a la utilizada para fines portantes y que ha sido sometida a un procesado mínimo de transformación que no incluye ni encolados ni ensambles de unión dentada, y que se obtiene mediante aserrado longitudinal del tronco y cepillado (el proceso de fabricación del que se habló anteriormente). Según las dimensiones y la relación entre las dimensiones de la sección transversal de las piezas (grosor ‘b’ y altura ‘h’), es común referirse a ellas como listones, tablas, tablones o madera escuadrada.

Para listones, tablas y tablones, las longitudes de suministro estándar se fijan en general en 4 metros. En casos especiales el mercado dispone de gamas comprendidas entre 3 y 6 metros.

Madera Redondeada Madera en rollo en estado natural una vez apeado el árbol, con o sin corteza. Puede utilizarse con fines industriales (madera en rollo industrial), tal como está (por ejemplo, como postes de transmisión o pilotes) o como materia prima que luego se transforma en productos industriales como madera aserrada, paneles o pasta. Madera Manufacturada Contrachapados: Se componen de varias chapas (láminas de madera de menos 0.6 mm de grosor) encoladas unas con otras lo que le brinda estabilidad. Una lámina complementa y contrarresta a la otra. Las chapas unidas son de número impar y la o las internas son más gruesas que las externas. Si las interiores son más de una, serán del mismo grosor, al igual que las de fuera. Cuantas más chapas formen en contrachapado, obviamente tendrá un peso mayor. Aglomerados: Hay de dos tipos: según su interior sea de virutas gruesas o finas. El primero tiene un recubrimiento formado por un centro de virutas gruesas encoladas y prensadas, y otra capa de virutas más finas; el segundo sólo está encolado y prensado con virutas finas. Y, por fuera, chapas que pueden variar. Esta es la madera manufacturada más barata del mercado, si bien también es la más empleada por su aspecto exterior. De fibra: Son exactamente eso: maderos de fibras, comprimidas. Se prensan de tal forma que acaban formándose láminas, que pueden ser de otros dos tipos: de fibra dura o de densidad media (también conocidos como tableros DM, los más comunes de los tableros de fibra). Y de hecho, el primero es más blando que el segundo. De hecho, se dobla, por lo que se emplea para marcos que precisen dicha cualidad. En cualquier caso, es un material muy demandado, porque su acabado es más fino y vistoso que el aglomerado o el contrachapado y se trabaja muy bien. USOS DE LA MADERA EN LA CONSTRUCCIÓN La madera gracias a todas sus propiedades y lo conocida que es para el hombre, a dia de hoy sigue siendo indispensable cuando se habla de construcción. Está claro que existen muchas alternativas innovadoras y tecnológicas que reducen tiempo y costos, pero su versatilidad, manejabilidad, accesibilidad entre tantas características que ofrece, la hacen aún vigente e indispensable en la mayoría de obras civiles. Si bien es cierto que el uso de la madera en la construcción depende de su procedencia, los usos generalizados son extensos, hasta al punto que la mayoría de obras civiles pueden estar elaboradas solo en madera, como lo era siglos atrás. Usos: ● Vigas y columnas: estos son miembros robustos de una sola pieza, se encargan de la transmisión de cargas, generalmente se encuentran empotradas, o con una base sólida para la estabilidad estructural. Este tipo de estructura no pasan por grandes tratamientos, es decir no se modifica mucho la materia prima, procesos basado en el aserrado. ● Losa de entrepiso: son elementos rígidos que separan que separan un piso de otro, puede construirse en forma de vigas consecutivas. Aporta aislamiento acústico, deben ser capaces de soportar cargas vivas. ● Encofrado: es una estructura temporal, que se encarga de darle la forma final al

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concreto, además de darle apoyo hasta que se endurezca. Se debe aceitar previo a verter la mezcla y se debe limpiar después de su uso. Pilotes: son elementos cilíndricos o prismáticos que dirigen las cargas al suelo. Su construcción en madera se usa en condiciones difíciles, con carencia de energía, materiales de construcción, como condiciones selváticas, terreno blando y con alto contenido de agua, ejemplos como pilas de puentes, cimentaciones de diques, pantalanes, muelles, escolleras. Tabiques: sistemas formados por tableros de maderas, su implicación estructural es mínima o inexistentes pero aporta aislamiento acústico así como la división de espacios. Sistemas de arriostramiento: elementos que ofrecen estabilidad lateral a las construcciones. Techos: sistema que puede estar compuesto de vigas inclinadas, formando armaduras, apoyado sobre tabiques o muros principales.

TIPOS DE UNIONES Las uniones son un aspecto crítico en la construcción, especialmente al usar la madera, ya que requiere un diseño acertado como también una correcta ejecución. Dichas uniones se pueden clasificar según su forma de encuentro y el medio de unión empleado. forma de encuentro. ● Empalme: se encargan de dar continuidad en las vigas ● Ensamble: esta unión se usa para unir piezas con diferentes directrices de la fibra. ● Acoplamiento: esta unión tiene el objetivo de aumentar la sección de la pieza para que trabajen dos piezas simultáneamente. Medio de unión. ● Unión carpintería: uniones de madera que transmiten el esfuerzo a través de la superficie de contacto. Se realizan mediante cortes en la sección para formar cajas y ensambles. ● Unión mecánica: estas uniones se realizan por medio de clavijas (grapas, clavos, tirafondos, pernos y pasadores) y conectores (anillo, placa, dentados y placas clavo) ● Unión encolada: se realiza mediante adhesivo, es importante elegir bien el tipo de cola en función de su exposición. DURABILIDAD La madera al ser un recurso natural, siempre se encuentra expuesto a condiciones ambientales cambiantes, por lo que tiene una capacidad de resistir ataques de hongos, pudrición entre otras; todo este conjunto de factores se denominan durabilidad natural. claramente esto varía según el tipo de madera y al tipo de ataques al que se ve expuesto. los factores que intervienen en el deterioro de la madera son los microorganismos como hongos, insectos organismos marinos y factores abióticos como el clima, fuego, reacciones químicas y la contaminación. La norma UNE-EN 350-2 establece una clasificación de durabilidad natural según la afectación por hongos Clase

Descripción

Duración

1

Muy durable (MD)

10 a 15 años

2

Durable (D)

7 a 12 años

3

Medianamente durable (M)

5 a 7ª años

4

Poco durable (P)

3 a 5 años

5

No durable (S)

Menos de 3 meses

Tabla No 1. durabilidad natural contra hongos. Por otra parte, dejando de lado ataques de hongos, con una conservación adecuada la vida útil de construcciones de madera puede llegar a ser de dos siglos, a diferencia del concreto que está diseñado para una vida útil de 70 años, cumplido ese tiempo se cristaliza. También es de destacar un aspecto que genera mucha controversia acerca de la madera, debido a su combustibilidad, comparado con otros materiales como el hierro, a los 450 grados celsius, se deforma y la estructura puede colapsar, teniendo una pérdida total, así mismo como el hormigón que luego de un incendio puede ser inhabitable, a diferencia de la madera, gracias a su composición por capas aumentan la resistencia y estabilidad contra el fuego, además que los costos de reparación son mucho menores que los del acero y hormigón. CONSERVACIÓN Tanto la durabilidad y conservación de la madera depende en gran medida en las condiciones en que se encuentre expuesta. ● Lavado natural: ideal para ambientes secos, consiste en sumergir la madera durante algunos meses con tal de eliminar la savia, para así no atraer organismos que deterioran la madera, las que se encuentren sumergidas en agua dulce o salada con menos de 1% de sal no necesitaran del tratamiento. ● Secado: Reduce el contenido de humedad por debajo del 20%, haciéndola inmune a hongos y también para que sus propiedades mecánicas se mantengan. ● Recubriéndolas con caños de hormigón armado, chapa galvanizada, o llenando los vacíos con tierra arcillosa. ● Revistiéndolas con metal desplegado, mortero a presión, clavos que cubran la superficie, chapas de cinc o cobre, pinturas asfálticas o alquitranes o bien aplica...