CONSIDERACIONES GENERALES

ESTRUCTURA S DE MADERAS

CIV - 244

CONSIDERACIONES GENERALES

1. INTRODUCCIN.

Entre los materiales de construccin la madera es uno de los ms principales recursos renovables con la cuya el hombre puede contar.

Madera, sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los rboles y se ha utilizado durante miles de aos como combustible y como material de construccin. Aunque el trmino madera se aplica a materias similares de otras partes de las plantas, incluso a las llamadas venas de las hojas, en este artculo slo se va a hablar de las maderas de importancia comercial.

Por ser material de origen orgnico, no puede considerarse como homogneo ya que dos rboles de la misma especie que crecieron en el mismo bosque bajo las mismas condiciones climticas no siempre tienen la misma resistencia, lo cual las hace diferentes en sus caractersticas.

Segn estudios realizados sobre este material y sus propiedades, su comportamiento y estructura se puede describir a este con mayor precisin. A pesar de que en la actualidad existe mucha competencia con el acero y el hormign, su utilizacin se hace ponderable en algunas estructuras, especialmente en los encofrados, donde la madera se caracteriza por su bajo costo en comparacin con otros materiales del mercado.

Si bien en nuestro medio no recurrimos a la tecnologa que nos permita la optimizacin de este material, es posible introducir el proceso del terciado o contra chapado que permita el uso de adhesivos, la fabricacin de elementos de gran peralte, a partir de tablas delgadas que adquieren de esta forma mejores cualidades que en su estado natural, pudindose utilizar maderas de ptima calidad en zonas sujetas a agrandes esfuerzos y de mala calidad en zonas donde los esfuerzos son menores, reduciendo de esta forma los costos.

Madera,sustanciadurayresistente que constituye el tronco de los rboles y se ha utilizado durante miles de aos como combustible y como material de construccin. Aunque el trmino madera se aplica a materias similares de otras partes de las plantas, incluso a las llamadas venas de las hojas, en este artculo slo se va a hablar de las maderas de importancia comercial.

Eldibujoquepresentan todas las variedades de madera se llama veta, y se debe a su propia estructura. La madera consiste en pequeos tubos que transportan agua, y los minerales disueltos en ella, desde las races a las hojas. Estos vasos conductores estn dispuestos verticalmente en el tronco. Cuando cortamos el tronco en paralelo a su eje, la madera tiene vetas rectas. En algunos rboles, sin embargo, los conductos estn dispuestos de forma helicoidal, es decir, enrollados alrededor del eje del tronco. Un corte de este tronco producir madera con vetas cruzadas, lo que suele ocurrir al cortar cualquier rbol por un plano no paralelo a su eje.

Eltroncodeunrbol no crece a lo alto, excepto en su parte superior, sino a lo ancho. La nica parte del tronco encargada del crecimiento es una fina capa que lo rodea llamada cmbium. En los rboles de las zonas de clima templado, el crecimiento no es constante. La madera que produce el cmbium en primavera y en verano es ms porosa y de color ms claro que la producida en invierno. De esta manera, el tronco del rbol est compuesto por un par de anillos concntricos nuevos cada ao, uno ms claro que el otro. Por eso se llaman anillos anuales.

Aunquelafinacapade cmbium es la nica parte del tronco que est viva, en el sentido de que es la parte que crece, tambin hay clulas vivas esparcidas por el xilema de la albura. Segn envejecen los rboles, el centro del tronco muere; los vasos se atascan y se llenan de goma o resina, o se quedan huecos. Esta parte central del tronco se llama duramen. Los cambios internos de los rboles van acompaados de cambios de color, diferentes segn cada especie, por lo que el duramen suele ser ms oscuro que la albura.

1.1. CLASIFICACIN

Lasmaderasseclasifican en duras y blandas segn el rbol del que se obtienen. La madera de los rboles de hoja caduca se llama madera dura, y la madera de las conferas se llama blanda, con independencia de su dureza. As, muchas maderas blandas son ms duras que las llamadas maderas duras. Las maderas duras tienen vasos largos y continuos a lo largo del tronco; las blandas no, los elementos extrados del suelo se transportan de clula a clula, pero s tienen conductos para resina paralelos a las vetas. Las maderas blandas suelen ser resinosas; muy pocas maderas duras lo son. Las maderas duras suelen emplearse en ebanistera para hacer mobiliario y parqus de calidad.

Losnudossonreasdel tronco en las que se ha formado la base de una rama. Cuando la madera se corta en planchas, los nudos son discontinuidades o irregularidades circulares que aparecen en las vetas. Donde nacen las ramas del rbol, los anillos del nudo continan las vetas del tronco; pero segn sale a la superficie, las vetas rodean al nudo y la rama crece aparte.

Durantelafasedesecado de la madera (ver ms abajo), sta se encoge segn la direccin de la veta, y los nudos se encogen con ms rapidez que el resto. Los nudos superficiales suelen desprenderse de las planchas y dejan agujeros. Los nudos de la base no se desprenden, pero deforman la madera que los rodea debido a su encogimiento ms acusado, y debilitan las tablas incluso ms que los agujeros que dejan los otros nudos. Los nudos de la madera no son deseables por consideraciones estticas, aparte de su efecto debilitador. Sin embargo algunos tipos de madera con nudos, como el pino, s resultan vistosas por el dibujo de su veta y se utilizan para decoracin y revestimiento de paredes.

La madera es un recurso muy verstil, porque los distintos tipos difieren considerablemente en cuanto a su color, densidad y dureza. Cada una de las maderas aqu mostradas tiene caractersticas particulares. La caoba es un rbol tropical apreciado por su madera densa, resistente y fcil de trabajar. El nogal americano tiene una madera dura de gran resistencia empleada para mangos de herramientas y muebles, y tambin para el ahumado de alimentos. Los fabricantes de instrumentos musicales aprecian mucho la madera de cerezo. El tejo es resistente, de veta fina, y se emplea en ebanistera y para la fabricacin de arcos. El iroko, como la caoba, resiste a la podredumbre y los insectos, y tiene la veta entrelazada de muchos rboles tropicales. El roble es una de las maderas ms duraderas: se emplea en tonelera, chapado y revestimiento de suelos. El alerce es una madera resistente relativamente barata empleada en la construccin y en la fabricacin de papel.

Elaspectodelamadera es una de las propiedades ms importantes cuando se utiliza para decoracin, revestimiento o fabricacin de muebles. Algunas maderas, como la de nogal, presentan vetas rectas y paralelas de color oscuro que le dan una apariencia muy atractiva, lo que unido a su dureza la sitan entre las ms adecuadas para hacer chapado (vase contrachapado ms abajo). Las irregularidades de las vetas pueden crear atractivos dibujos, por lo que a veces la madera se corta a propsito en planos oblicuos para producir dibujos ondulados y entrelazados. Muchos chapados se obtienen cortando una fina capa de madera alrededor del tronco, haciendo un rollo. De esta manera, los cortes con los anillos se producen cada cierta distancia y el dibujo resultante tiene vetas grandes y espaciadas.

1.2. PROPIEDADES FSICAS.

Laspropiedadesprincipales de la madera son resistencia, dureza, rigidez y densidad. sta ltima suele indicar propiedades mecnicas puesto que cuanto ms densa es la madera, ms fuerte y dura es. La resistencia engloba varias propiedades diferentes; una madera muy resistente en un aspecto no tiene por qu serlo en otros. Adems la resistencia depende de lo seca que est la madera y de la direccin en la que est cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho ms fuerte cuando se corta en la direccin de la veta; por eso las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan as. La madera tiene una alta resistencia a la compresin, en algunos casos superior, con relacin a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a la traccin y moderada resistencia a la cizalladura. Laaltaresistenciaa la compresin es necesaria para cimientos y soportes en construccin. La resistencia a la flexin es fundamental en la utilizacin de madera en estructuras, como viguetas, travesaos y vigas de todo tipo. Muchos tipos de madera que se emplean por su alta resistencia a la flexin presentan alta resistencia a la compresin y viceversa; pero la madera de roble, por ejemplo, es muy resistente a la flexin pero ms bien dbil a la compresin, mientras que la de secuoya es resistente a la compresin y dbil a la flexin.

Otrapropiedadeslaresistencia a impactos y a tensiones repetidas. El nogal americano y el fresno son muy duros y se utilizan para hacer bates de bisbol y mangos de hacha. Como el nogal americano es ms rgido que el fresno, se suele utilizar para mangos finos, como los de los palos de golf.

Otraspropiedadesmecnicas menos importantes pueden resultar crticas en casos particulares; por ejemplo, la elasticidad y la resonancia de la picea la convierten en el material ms apropiado para construir pianos de calidad.

1.3. DURABILIDAD

Lamaderaes,pornaturaleza, una sustancia muy duradera. Si no la atacan organismos vivos puede conservarse cientos e incluso miles de aos. Se han encontrado restos de maderas utilizadas por los romamos casi intactas gracias a una combinacin de circunstancias que las han protegido de ataques externos. De los organismos que atacan a la madera, el ms importante es un hongo que causa el llamado desecamiento de la raz, que ocurre slo cuando la madera est hmeda. La albura de todos los rboles es sensible a su ataque; slo el duramen de algunas especies resiste a este hongo. El nogal, la secuoya, el cedro, la caoba y la teca son algunas de las maderas duraderas ms conocidas. Otras variedades son resistentes al ataque de otros organismos. Algunas maderas, como la teca, son resistentes a los organismos perforadores marinos, por eso se utilizan para construir embarcaderos. Muchas maderas resisten el ataque de los termes, como la secuoya, el nogal negro, la caoba y muchas variedades de cedro. En la mayora de estos casos, las maderas son aromticas, por lo que es probable que su resistencia se deba a las resinas y a los elementos qumicos que contienen.

Paraconservarlamadera hay que protegerla qumicamente. El mtodo ms importante es impregnarla con creosota o cloruro de cinc. Este tratamiento sigue siendo uno de los mejores, a pesar del desarrollo de nuevos compuestos qumicos, sobre todo de compuestos de cobre. Tambin se puede proteger la madera de la intemperie recubriendo su superficie con barnices y otras sustancias que se aplican con brocha, pistola o bao. Pero estas sustancias no penetran en la madera, por lo que no previenen el deterioro que producen hongos, insectos y otros organismos.

Lamaderarecincortada contiene gran cantidad de agua, de un tercio a la mitad de su peso total. El proceso para eliminar este agua antes de procesar la madera se llama secado, y se realiza por muchos motivos. La madera seca es mucho ms duradera que la madera fresca; es mucho ms ligera y por lo tanto ms fcil de transportar; tiene mayor poder calorfico, lo que es importante si va a emplearse como combustible; adems, la madera cambia de forma durante el secado y este cambio tiene que haberse realizado antes de serrarla.

Lamaderapuedesecarse con aire o en hornos; con aire tarda varios meses, con hornos unos pocos das. En ambos casos, la madera ha de estar apilada para evitar que se deforme, y el ritmo de secado debe controlarse cuidadosamente.

1.4. CONTRA CHAPADO.

Elcontrachapado,tambin denominado triplay o chapa, est compuesto por varias capas de madera unidas con cola o resina sinttica (vase Pegamento). Las capas se colocan con la veta orientada en direcciones diferentes, en general perpendiculares unas a otras, para que el conjunto sea igual de resistente en todas las direcciones. As el conjunto es tan resistente como la madera, y si se utilizan pegamentos resistentes a la humedad, el contrachapado es tan duradero como la madera de la que est hecho. La madera laminada es un producto similar, pero en ella se colocan las capas de madera con las vetas en la misma direccin. De esta forma, el producto es, como la madera, muy fuerte en una direccin y dbil en el resto.

Slolascapasexteriores del contrachapado tienen que ser duras y con buen aspecto; las interiores nicamente tienen que ser resistentes. En algunos casos, slo una de las caras es de calidad. Estos contrachapados se utilizan en trabajos de ebanistera en los que la parte interior no es visible. Las maderas finas y costosas, como la caoba o el madero de indias, suelen utilizarse en chapados, de forma que una capa fina de madera cara cubre varias capas de otras maderas resistentes pero de poco valor. De esta manera se reduce el precio de la madera sin sacrificar la apariencia, adems de aumentar la dureza y la resistencia al alabeo. Tambin se hacen contra chapados de las maderas ms baratas para fabricar sustitutos para metales.

1.5. DERIVADOS DE LA MADERA

Lamaderaesunamateria prima importante para la industria qumica. Cada ao se reducen a pasta enormes cantidades de madera, que se reconstituye de forma mecnica para hacer papel. Otras industrias se encargan de extraer algunos componentes qumicos de la madera, como taninos, pigmentos (vase Pinturas y barnices), gomas, resinas y aceites, y de modificar estos constituyentes.

Ademsdeagua,elcomponente principal de la madera es la celulosa. De la gran cantidad de celulosa que se utiliza para fabricar rayn y nitrocelulosa, una parte se extrae del algodn, pero la mayor parte se obtiene de la madera. El mayor problema que presenta la extraccin de celulosa de la madera es eliminar las impurezas, de las cuales la ms importante es la lignina, una sustancia polimrica compleja. Al principio se desechaba, pero ms tarde se ha descubierto que es una buena materia prima para la fabricacin de plsticos y una sustancia adecuada para el cultivo de levadura de cerveza, que es un importante alimento para el ganado y las aves de corral.

Tambinseutilizala madera, sin separar la celulosa de la lignina, para obtener otros productos qumicos mediante procesos determinados. En el mtodo Bergius, la madera se trata con cido clorhdrico para obtener azcares, que se utilizan como alimento para el ganado o se fermentan para producir alcohol. La madera puede transformarse en combustible lquido por hidrogenacin. Tambin se obtienen productos qumicos por destilacin. La mayora de estos productos, como el cido actico, metanol y acetona, se obtienen ya de forma sinttica.

Otrosnuevosproductos se obtienen mezclando la madera con ciertos compuestos qumicos; la mezcla resultante tiene propiedades mecnicas similares a las de la madera, pero es ms fuerte y resistente desde el punto de vista qumico. Los mtodos ms importantes para realizar estas mezclas consisten en impregnar la madera de ciertos compuestos, como fenol y formaldehdo; despus se calienta la madera impregnada y los productos qumicos reaccionan con las clulas de la madera y forman una capa plstica. La madera tratada de esta forma se llama impreg; es muy duradera y resiste el ataque de los insectos perforadores; su densidad relativa es mayor, aunque su dureza es casi la misma. Otro producto, llamado compreg, se obtiene comprimiendo la madera impregnada en una prensa hidrulica. Se la somete a una determinada presin mientras se produce la reaccin qumica en el exterior. Esta madera tiene una densidad relativa de 1,35, su dureza es muy superior a la de la madera sin tratar y su resistencia un poco mayor, aunque su rigidez puede ser un poco inferior.

1.6. CubiertaCubierta,elementoconstructivo de cerramiento, situado sobre el interior de un edificio para protegerlo de las inclemencias atmosfricas. Su principal funcin es evitar la entrada de agua al espacio habitable, pero tambin desempea un papel importante en la proteccin trmica. Ha sido desde los primeros tiempos uno de los principales elementos de la arquitectura, parte fundamental en su funcin de refugio y fuente de continuos retos constructivos.

Lamayoradelosproblemas que plantea se derivan de sus propias condiciones. En primer lugar, tiene que aunar la estanquidad absoluta y el suficiente aislamiento trmico; pero tambin debe permitir enormes dilataciones y contracciones, provocadas por su exposicin directa a la intemperie, sin merma de sus funciones. Cuando, adems, ha de ser transitable asume tantas complicaciones que an sigue siendo causa de numerosos defectos en la edificacin.

1.6.1. Tipos de cubiertas .

Alolargodelahistoria, cada cultura ha ideado diversos tipos de cubiertas, asociados a formas, tcnicas, materiales, usos o condiciones climticas absolutamente dispares. Una de las clasificaciones ms evidentes es la geomtrica, que las divide en planas e inclinadas, pero, en cambio, plantea un enorme rango de soluciones intermedias. Atendiendo a los materiales se puede distinguir entre cubiertas en las que intervienen superficies impermeables, como las lminas asflticas o las chapas metlicas, y las que se construyen nicamente con piezas ms porosas, como las tejas cermicas. Tambin hay clasificaciones de orden tcnico que se ocupan de las juntas y ensamblajes entre los materiales, la disposicin de las vertientes, el tipo de ventilacin o el orden de las distintas capas especializadas.

Cubiertas Tradicionales

Lascubiertasdelasarquitecturas vernculas empleaban los materiales autctonos y los disponan de acuerdo a sus exigencias climticas. En las regiones montaosas las cubiertas deben presentar una fuerte inclinacin, construida mediante lajas de pizarra o gneis, para evacuar rpidamente la nieve e impedir la formacin de hielo, que producira filtraciones de agua y sobrecargas en el sistema estructural. En los pases donde las inclemencias estaban asociadas al viento fro, sin embargo, se desarrollaron elementos ligeros de gran espesor, fabricados con brezo o ramas entrelazadas para conseguir un aislante natural impermeable. En las zonas clidas con lluvias escasas, especialmente en la cuenca del Mediterrneo, se encuentran diversos tipos de cubiertas planas, construidas con capas de arcilla impermeable o con suelos cermicos dispuestos sobre una cmara ventilada. En los climas tropicales, en cambio, es tradicional la cubierta inclinada, que evacua las lluvias abundantes y compone una especie de sombrilla para protegerse de las radiaciones solares.

Cubiertas Comunes

Enefecto,unadelas soluciones ms lgicas consiste en proyectar el agua hacia el exterior mediante planos inclinados, conocidos con el nombre de vertientes, faldones o aguas. Para conseguir la estanquidad de los faldones se suele recurrir a piezas ensambladas de diversos materiales, como las tejas rabes, que resuelven la evacuacin del agua mediante un ingenioso sistema de escorrentas solapadas. Estos elementos se apoyan sobre estructuras rgidas, muros, tabiques o ligeras armaduras triangulares llamadas cerchas (cuchillos si son de madera), con las que se pueden cubrir grandes luces y permitir los movimientos de dilatacin y contraccin. Adems, el espacio que habilitan bajo la cubierta (el sobrado, desvn o buhardilla), permite ventilar la humedad residual y acta como un cmara aislante, reduciendo los excesos de calor y fro que se producen en la superficie exterior.

Sinembargo,cuandose pretende habitar el espacio inmediato a la cubierta es necesario disponer un sistema completamente impermeable y aislado. Las primeras soluciones histricas empleaban chapas metlicas, especialmente de cobre, plomo o cinc, que conseguan superficies muy impermeables (si se ejecutaban correctamente las juntas) a costa de un psimo comportamiento trmico, glido en invierno y trrido en verano. Por esa razn las buhardillas y mansardas se convirtieron en las viviendas urbanas habituales de la servidumbre y las clases sociales ms desfavorecidas. Gracias a los avances energticos y a la tecnologa de los de los materiales aislantes, en continua evolucin, este problema se pudo subsanar y los espacios bajo cubierta se convirtieron en los ms atractivos para la vivienda.

Cubiertas Modernas

Unadelascaractersticas formales de la arquitectura moderna es el empleo de la cubierta plana, que permite el aprovechamiento de todo el espacio construido y permite una ejecucin mucho ms econmica. Para su implantacin fue decisivo el invento de la lmina asfltica, una especie de tela impregnada de material bituminoso que proporciona una superficie continua absolutamente impermeable. El inconveniente de estos productos es su escasa duracin, especialmente en contacto con el aire, que origina un enorme gasto en mantenimiento. Para solucionar este problema y emplazar la necesaria capa de aislamiento trmico se han estudiado numerosas disposiciones constructivas, adaptadas a las exigencias especficas de uso, condiciones climticas y disponibilidad tcnica. Adems, los nuevos materiales aislantes han hecho posible la llamada cubierta invertida, caracterizada por la colocacin de las planchas de aislante trmico sobre la superficie impermeable, que queda as mucho ms protegida del contacto exterior.