1

CARACTERIZACIN MECNICA DE PANELES CONTRALAMINADOS PARA LA

CONSTRUCCIN DE EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA

Cristin Montanares Hermosilla

Departamento de Ingeniera Civil y Ambiental, Universidad del Bo Bio

crmontan@alumnos.ubiobio.cl

Juan Marcus Schwenk

Departamento de Ingeniera Civil y Ambiental, Universidad del Bo Bio

jmarcus@jms.cl

Resumen: En esta tesis se han determinado propiedades de resistencia mecnica y estructural de

paneles contralaminados en base a la normativa Chilena vigente. El sistema consiste en la

elaboracin de paneles compuestos por placas unidas mediante adhesivo y dispuestas de manera

que las fibras de cada placa estn orientadas alternadamente en ngulos de 0 y 90. Este sistema

ha logrado un gran posicionamiento en Europa, pero an no ha sido introducido al mercado

Chileno. Se desarrollan ensayos preliminares de cizalle en probetas de madera a dos adhesivos,

uno en base a formaldehdo y otro en base a poliuretano, para determinar la resistencia y

comportamiento de estos frente a una carga normal que se incrementa gradualmente. Se

determin de los ensayos preliminares, que el adhesivo en base a poliuretano presenta mayor

resistencia a las cargas aplicadas. Luego de haber seleccionado un adhesivo, se construye una

prensa de vaco para la elaboracin de los paneles. Se fabrican seis paneles para ensayos de muro

de dimensiones 1,20 x 2,40 [m] y tres paneles para ensayos de losa de 1,20 x 3,20 [m], todos de

espesor 0,12[m] en tres capas de madera. Se analiz la resistencia bajo solicitaciones

horizontales, cargas verticales y flexin sobre los paneles. Se determina el mdulo de elasticidad

de los paneles y losas, y se clasifican en base a las normas nacionales de madera. La especie

maderera utilizada en el estudio fue el Pino Radiata. En consecuencia, el presente trabajo es un

apoyo para la introduccin de los paneles contralaminados y sus resultados experimentales

presentan una base para futuras investigaciones.

Palabras clave: Paneles contralaminados, ensayos preliminares de cizalle, normas nacionales de

madera.

2

CARACTERIZACIN MECNICA DE PANELES CONTRALAMINADOS PARA LA

CONSTRUCCIN DE EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA

Cristin Montanares Hermosilla

Departamento de Ingeniera Civil y Ambiental, Universidad del Bo Bio

crmontan@alumnos.ubiobio.cl

Juan Marcus Schwenk

Departamento de Ingeniera Civil y Ambiental, Universidad del Bo Bio

jmarcus@jms.cl

Abstract: This project is oriented to determinate the properties of mechanical and structural

resistance of cross-laminated timber panels based in the current regulation of the Chilean norms.

The system consist in the elaboration of panels composed by plates joined with adhesives and

placed in a way that the fibers of each plate are oriented alternately in angles from 0 and 90.

This system has achieved a big positioning in Europe, but has not been yet introduced in the

Chilean market. Preliminary test of shear are developed in wood specimens with two adhesives:

one in base of formaldehyde and the other one in base of polyurethane, to determinate the

resistance and behavior of these elements subject to an increasing and gradually load pattern.

After selecting an adhesive, a vacuum press is constructed for the elaboration of the panels. Six

panels are manufactured for testing walls with dimension of 1.20 x 2.40 [m] and three panels to

slabs test of 1.20 x 3.20 [m], all with a thickness of 0.12 [m] in three layers. Resistance was

analyzed under horizontal stresses, vertical loads and flexion above the panels, the elastic

modulus was determinate for panels and slabs and ranked based on the Chilean timber norms.

The timber species used in the study was radiata Pine. In consequence, the current work is a

support for the introduction of cross-laminated panels and experimental results present a base to

future investigations.

Keywords: Cross-laminated timber panels, preliminary tests of shear, Chilean timber norms.

3

1. INTRODUCCIN.

La madera solida contralaminada es un producto relativamente nuevo, desarrollado a principios

de los aos noventa en Alemania y Austria. Consiste en la construccin de paneles compuestos

por placas unidas mediante adhesivo y dispuestas de manera que las fibras de cada placa estn

orientadas alternadamente en ngulos de 0 y 90. Esta laminacin cruzada le da a los paneles un

alto nivel de isotropa al ser sometidos a cargas en varias direcciones debido a que al menos

existen dos placas orientadas longitudinalmente en la misma direccin y una transversal.

Los paneles contralaminados se construyen con un nmero impar de placas, generalmente 3, 5 y

7, y cada una de estas placas se construye mediante piezas de madera individuales (Fig.1). Luego,

estas placas son unidas mediante la aplicacin de una presin uniforme usando una prensa

hidrulica o de vaco.

En el desarrollo de esta tesis se efectuan ensayos de compresin, carga horizontal y flexin a

nueve paneles de madera contralaminada. De los paneles, tres se destinan a cada uno de los

ensayos.

Fig.1 Panel de madera solida contralaminada construido en la Universidad del Bo-Bo

4

1.1. Objetivos.

Objetivo General.

El presente estudio tiene como objetivo general realizar una caracterizacin mecnica de paneles

contralaminados de madera a travs de ensayos de carga a paneles de tamao natural de losas y

muros.

Objetivos Especficos.

Recopilar informacin referente a investigaciones y aplicaciones existentes del uso de

los paneles contralaminados para describir su estado del arte.

Verificar experimentalmente el comportamiento de dos adhesivos mediante el ensayo

de probetas de pino radiata chileno, determinando cul de estos se adecua de mejor

forma al sistema constructivo.

Fabricar paneles contralaminados de tamao natural y determinar su comportamiento

mecnico a travs de ensayos de compresin y flexin.

Clasificar los paneles contralaminados en base a la normativa Chilena existente y

determinar su mdulo de elasticidad.

Elaborar una metodologa de clculo para losas de paneles contralaminados de tres

capas con madera de pino radiata y adhesivos de poliuretano.

Elaborar un procedimiento de fabricacin de los paneles contralaminados de madera,

desde un punto de vista productivo.

5

1.2. Metodologa de Trabajo.

Para cumplir con los objetivos planteados, el proyecto se ha dividido en cuatro etapas, las cuales

se describen a continuacin.

Primera etapa: En la primera etapa de este proyecto se realiza una revisin de la documentacin existente del tema, el cual tiene como fin construir una visin general del

tema en cuanto a la aplicacin y ventajas de los paneles contralaminados.

Segunda etapa: En la segunda etapa se ensayan dos adhesivos para determinar cul de estos se adecua de mejor manera a la construccin de los paneles contralaminados. Para

esto, y acorde con lo exigido por la norma Chilena INN-Nch 2148 Of.86, se construyen

probetas de madera para luego realizar ensayos de cizalle a travs de la lnea de cola

mediante un instrumento que ejerce una carga en direccin paralela a la fibra de la madera

y que se incrementa gradualmente hasta llegar al punto de falla de la probeta.

Tercera etapa: En la tercera etapa se construyen seis paneles de dimensiones 1,20 [m] de largo y 2,40 [m] de alto, de los cuales tres son sometidos a ensayos de compresin y tres

a ensayos de carga horizontal. En estas pruebas los paneles son colocados en posicin

vertical y sometidos a la accin de cargas incrementadas gradualmente en ciclos de carga

y descarga, que miden las deformaciones producidos por estos. Tambin en esta etapa se

construyen tres losas de dimensiones 3,20 [m] de largo y 1,20 [m] de ancho las que son

sometidas a un ensayo de flexin, en que los paneles colocados en posicin horizontal son

sometidos a cargas verticales, transversales a su plano. Estas cargas, al igual que en los

ensayos anteriores, son incrementadas gradualmente en ciclos de carga y descarga,

midiendo las deformaciones producto de estas. Debido a la cantidad de madera

disponible, se construyen tres paneles para cada uno de los ensayos realizados,

cumpliendo con la cantidad mnima de paneles exigidos por las normas aplicadas a cada

ensayo.

6

Cuarta etapa: Finalizados los ensayos, la cuarta etapa consiste en la interpretacin de los datos obtenidos, determinando el mdulo de elasticidad de los paneles, tanto de losas y

muros, adems de realizar una clasificacin estructural de los paneles, para finalmente

inferir en recomendaciones para la utilizacin de estos en la construccin de edificios de

mediana altura.

2. ESTADO DEL ARTE.

En pases desarrollados, tanto europeos como norteamericanos, en los ltimos 10 aos se ha

trabajado intensamente en el desarrollo de tecnologas aplicadas a la construccin con madera

y productos madereros con uso estructural la cual est visiblemente dirigida hacia los

elementos prefabricados con propiedades mecnicas elevadas y tipificadas, consiguiendo de

esta manera superar las limitaciones naturales de la madera como anisotropa, dimensiones,

defectos y anomalas. Desde entonces han surgido variados elementos de seccin maciza, de

los cuales destaca principalmente el CLT.

El primer elemento de CLT fue fabricado a mediado de los aos noventa por dos empresas

KLH y Schilliger, obteniendo las primeras aprobaciones en 1998. Hoy por hoy la produccin

de paneles CLT, hasta el ao 2009, alcazaba unos 250.000 [m3] por ao, lo que equivala a

5.000 casas familiares estilo europeo. En la actualidad las principales productoras de paneles

contralaminados se encuentran en Austria, Alemania y Suiza, destacndose de Austria

Kreuzlagenholz (KLH), Binder Bausysteme y Stora Enso. Kaufmann, en Alemania, Merk y

Stephan y en Suiza Schilliger. Dado el actual auge que tiene el CLT en los pases europeos,

es que se han desarrollado en los ltimos 5 aos proyectos de edificaciones en madera

contralaminada, casos emblemticos, como se ven en la figura 2, son el Stadthaus en

Londres, el cual es un edificio residencial de nueve pisos construido el ao 2007

completamente en madera contralaminada y el edificio E3 en Berln, el cual es un edificio de

7 pisos que cuenta con losas contralaminadas

7

Fig.2 Edificio de madera Stadthaus (Izquierda) en Londres y E3 (Derecha) en Berln

En la actualidad, en Chile no existen investigaciones referidas al CLT, donde se indiquen sus

propiedades de resistencia o mdulos de elasticidad utilizando como materia prima el pino radiata

nacional, por lo que para conocer ms de este producto se observan investigaciones y propiedades

de madera contralaminada europeas.

El CLT europeo se construye en base a la madera obtenida del Abeto y el mdulo de elasticidad

de los paneles utilizados en losas es de 11.000 [MPa].

De las investigaciones realizadas a paneles de CLT, las propiedades mecnicas de estos son

calculadas, ya sea a partir de las individualizacin de las capas que componen un panel o

evalundolos mediante ensayos. Sin embargo al determinar las propiedades de los paneles

siguiendo las normas de ensayos mecnicos, hace que cualquier aprobacin de estos sea vlida

solo para el producto a prueba con sus respectivas propiedades geomtricas y su forma de

produccin (tipo de adhesivo, materia prima, ranuras, etc.)

8

3. MATERIALES.

Para el desarrollo de la presente investigacin se ha considerado la utilizacin de los siguientes

materiales,

3.1.Madera.

En esta investigacin, como material de construccin para los paneles contralaminados, se utiliz

madera de pino radiata. Esta madera, donada por CMPC, clasifica desde un punto de vista

mecnico en los grados estructurales C-16 y C-24. Las caractersticas mecnicas de estos dos

grados, se encuenta en la tabla 4b de la Norma Chilena INN Nch-1198 Of2006

3.2.Adhesivos.

Se cont en este estudio con dos adhesivos, los cuales fueron analizados en una etapa previa a la

construccin y ensayos de los paneles contralaminados. Los adhesivos ensayados fueron Urea

Formaldehdo , donado por Oxiquim y un poliuretano libre de formaldehdo (Purbond) donado

por Henkel. Las caractersticas de estos, se tratan en ms detalle en el captulo 5 de esta memoria.

9

4. EQUIPOS.

En este capitulo se hace una descripcin de los equipos utilizados en la construccin y ensayo de

los paneles contralaminados como tambin de las probetas para los ensayos de los adhesivos.

4.1.Equipos de construccin.

Para la construccin de las probetas utilizadas en los ensayos previos y de los paneles

contralaminados, se utilizaron las siguientes herramientas y equipo.

1 sierra elctrica circular.

1 cepillo elctrico.

Brochas.

1 prensa de vaco.

4.2.Equipos de Ensayos.

Los equipos utilizados para realizar los ensayos a las probetas y los paneles de madera

contralaminada son los siguientes:

Equipo durante ensayos previos

Durante la etapa de ensayos previos, se utiliza un equipo marca Instron para someter a cizalle el

plano encolado de las probetas mediante una carga en direccin paralela a las fibras de la madera

(ver figura 3). Este equipo ejerce una carga vertical mxima de 5 [ton], y se encuentra en el

laboratorio de adhesivos y nanotecnologa de la Universidad del Bo Bo.

10

Equipo durante ensayos a paneles contralaminados

En la etapa de ensayos a los paneles contralaminados, se utiliza el marco de carga (ver figura 3)

que se encuentra en el Laboratorio de Construccin de la Universidad del Bo Bo. Este equipo es

un marco de estructura metlica, que posee un pistn mvil con una carrera mxima de 10 [cm].

La carga mxima que puede ejercer este equipo es de 50 [ton]

Fig. 3 Izquierda: Instron utilizada con probetas de adhesivos en ensayos previos. Derecha: Marco

de carga utilizado en ensayo a paneles contralaminados.

11

5. ADHESIVOS.

El objetivo principal de este captulo es dar una visin general de lo que es un adhesivo y que

tipos son utilizados para encolar maderas, para luego tocar en mayor profundidad las

caractersticas de los dos analizados en esta investigacin.

5.1.Generalidades.

Se entiende por adhesivo (Perez, 1979), todas aquellas sustancias o mezclas, capaces de mantener

materiales unidos, mediante una ligazn de sus superficies de contacto. La adherencia, en

cambio, es un estado en que dos superficies se mantienen unidas por medio de fuerzas

interfaciales, que pueden consistir en fuerza de valencia o por accin de interconexin, o ambas.

5.2.Adhesivos mayormente utilizados en madera.

Los adhesivos para madera ms utilizados en el pas son el resorcinol formaldehdo , fenol

formaldehdo , melanina formaldehdo , urea formaldehdo y actualmente adhesivos de

poliuretano libres de formaldehdo .

De los adhesivos con formaldehdo , el fenol y el resorcinol formaldehdo son los ms durables e

indestructibles y por lo general de color oscuro. Los menos durables son los adhesivos de urea,

los que se aplican para usos interiores ya que no pueden estar sometidos a exposiciones

prolongadas a la intemperie y a condiciones de humedad. A todos estos se les conoce como del

tipo termo fraguado, a pesar de que se curan a la temperatura ambiente, debido a que no se

pueden refundir o ablandar con el calor una vez curados.

Los adhesivos en base a poliuretano, conocidos tambin como adhesivos elsticos, puesto que

tienen una extraordinaria elasticidad y elongacin antes de producirse su rotura, curan mediante

reacciones de poliadiccion, es decir, la reaccin qumica para la formacin de la adherencia se

produce mediante sucesivas adiciones de elementos o grupos funcionales que encuentra en la

superficie en donde se aplica, para finalmente adquirir una estructura ligeramente reticulada con

propiedades de un material elastmerico. Estos adhesivos pueden ser clasificados como

termoplsticos o termoestables, y dependiendo de cmo haya sido formulado este puede curar por

calor o humedad.

12

5.3. Caractersticas de los adhesivos utilizados en los ensayos previos.

Durante el desarrollo de los ensayos previos, se conto con dos adhesivos (ver figura 4), urea

formaldehdo y un poliuretano, por lo que en este punto se profundizar en las caractersticas de

estos.

Fig. 4 Izquierda: Urea formaldehdo . Derecha: Poliuretano

13

5.3.1 Urea formaldehdo (UF).

Las resinas de urea formaldehdo son polmeros del grupo denominado como resinas

termofraguantes, ya que no ablandan con el calor, sino que al contrario, endurecen debido a la

formacin de uniones cruzadas o cross-links adicionales entre las molculas de los polmeros.

Este adhesivo se forma por la condensacin entre el concentrado de ureaformaldhico y urea,

obtenindose una sustancia liquida viscosa. Como producto, la urea formaldehdo se

comercializa en base a una resina en polvo, el cual se debe disolver en agua.

La reactividad de la resina puede ser adaptada dentro de un amplio rango de posibilidades tan

solo modificando la composicin del catalizador. Por ejemplo, en una lnea de fabricacin de

tableros aglomerados, la reactividad ms recomendable estar definida en razn de la temperatura

del prensado, el riesgo de pre-endurecimiento, el contenido de humedad y el tiempo de prensado.

El pre-endurecimiento de la masa encolada es prevenido mediante la aplicacin de cloruro de

amonio.

Una vez aplicada la cola en la madera, el tiempo de prensado ms adecuado, depende

directamente del contenido de humedad, del tramo del tablero, del grosor y de la temperatura de

prensado, la que vara entre los 150 y 200 [C]. De esta forma el tiempo de prensado variar entre

los 8 y 20 [seg] por cada milmetro del tablero. Mientras que la presin de prensado que se deben

aplicar a elementos que se han encolado con urea formaldehdo se encuentra por lo general entre

los 2 y 3 [MPa].

En la actualidad el empleo de adhesivos de urea formaldehdo est siendo cuestionado, ya que de

acuerdo con Peterson (1964) y Samlaic (1983), poseen un serio inconveniente a causa de la

emanacin de formaldehdo , por lo que su uso se prohbe en pases donde el control ambiental es

riguroso.

14

5.3.2 Poliuretano (PUR).

Estos adhesivos estn basados en la qumica del isocianato y se conocen por tener una

extraordinaria elasticidad y elongacin, la cual puede llegar hasta un 600% antes de producirse la

fractura. Sin embargo al igual que los adhesivos de epoxi, tambin existen adhesivos de

poliuretano rgido, llegando a soportar hasta 25 [MPa]. Existen tres tipos diferentes de adhesivos

poliuretano. Adhesivos poliuretanos de dos componentes, de un componente de curado por calor

y de un componente curado por humedad. Sin embargo esta investigacin centra su inters en

aquel adhesivo poliuretano de curado por humedad. Al aplicar la cola sobre la madera, el agua

contenida en esta reacciona con una parte de isocianato, dando lugar a una amina y CO2, con lo que se genera una ligera espumacin del adhesivo. Seguido a esto, la amina reacciona

rpidamente con otro grupo isocianato creando as una estructura reticulada.

El sistema de adhesivos poliuretano monocomponente, necesita solo de la humedad contenida en

la madera para reaccionar, sin la necesidad de emplear disolventes y formaldehdo como en el

caso de la urea, y a diferencia de esta, el poliuretano al momento de reaccionar solo emite CO2 y

una vez curado resulta ser un producto completamente inerte, con una mnima repercusin sobre

el medio ambiente y la salud.

Los adhesivos de poliuretano requieren presiones de prensado mucho menores a las aplicadas en

adhesivos en base a formaldehdo , dependiendo del tipo de aplicacin al que vaya dirigido, el

tiempo de curado puede variar de pocos minutos a varias horas, la cantidad de adhesivo requerido

a aplicar sobre una superficie es de 180-200 [gr/m2] y permite un tiempo de ensamblaje mucho

mayor, ya que el curado no es inmediato, a diferencia de la urea.

15

6. PRENSA DE VACIO.

Pensando en un futuro proceso de fabricacin de paneles contralaminados en nuestro pas, que

permita una elaboracin rpida y de bajo costo, se considero la construccin de una prensa de

vaco. En este captulo se explicara el principio del prensado en vacio, sus ventajas sobre una

prensa hidrulica y se detallaran los elementos utilizados en la construccin de la prensa.

6.1.Principio de funcionamiento.

Las prensas de vaco, son aquellas que utilizan el vaco para generar presin sobre un elemento.

Estas prensas son una variacin a gran escala de una tecnologa que ya se utilizaba en la industria

del mueble y permite un prensado ms rpido, sin necesidad de grandes equipos y deja la

posibilidad de generar formas complejas.

El principio del prensado en vacio (ver figura 5) es bastante simple y puede ser entendido de la

siguiente manera: Por sobre el nivel del mar la presin atmosfrica normal es de 10,33 [T/m2].

Esta presin no afecta a seres vivos ni objetos, debido a que por cada tonelada de presin

atmosfrica, existe una cantidad equivalente de presin interna que evita que sean aplastados,

pero cuando las molculas de aire son removidas, incluso en pequeas cantidades, la presin

atmosfrica se hace evidente. De esta forma cuando el aire es extrado de la prensa de vaco, la

presin atmosfrica ejerce una gran presin con una perfecta uniformidad sobre el elemento.

Fig.5 Principio de funcionamiento en prensa de vaco construida.

Presin sobre panel

Extraccin del aire

16

6.2.Ventajas de utilizar una prensa de vaco.

Las prensas de vacio presentan las siguientes ventajas frente a los sistemas de prensado mediante

una prensa hidrulica:

Una prensa de vacio es mucho ms econmica que una prensa hidrulica.

El hecho de que el elemento a prensar, se presiona en s mismo, implica que no est sujeto

a deformaciones.

La presin aplicada sobre el elemento es uniforme y sin singularidades, incluso cuando la

superficie es desigual.

Las prensas de vacio pueden ser construidas con facilidad para cualquier dimensin

requerida.

Debido a que el prensado se realiza con una membrana de gran elasticidad, es posible

generar elementos con diversas formas.

6.3. Prensa de vaco construida para ensayo.

Para construir los paneles utilizados en esta investigacin, se fabrica una prensa de vaco de

dimensiones 6.000 [mm] de largo, 1.988 [mm] de ancho y una altura de 710 [mm], como se

puede ver en la figura 6,

Fig.6 Dimensiones de prensa de vaco.

17

Para la fabricacin de la prensa se utilizaron los siguientes materiales y equipos:

158 [kg] de perfiles L 80/80/80

19 [kg] de perfiles L100/100/3

35 [kg] de perfiles L50/50/3

240 [kg] de tubo rectangular 200/150/3

Prensas Clamp

1 bomba de vaco Elmo Rietschle modelo V-VC 50

1 membrana de PVC tipo carpa de camin de 600 [gr/m2]

La construccin de esta prensa se llevo a cabo en la maestranza FAMACON Ltda. ubicada en

Talcahuano. A continuacin, en la figura 7, se puede ver la etapa de fabricacin de la prensa y la

etapa en que esta se encuentra terminada.

Fig.7 Izquierda: Fabricacin de prensa de vaco, Derecha: Prensa de vaco finalizada.

18

7. ENSAYOS MECNICOS.

En el presente capitulo se realiza una descripcin de las probetas y paneles utilizados en los

ensayos preliminares como en los ensayos a paneles y losas, y se presentan adems los

procedimientos aplicados para realizar dichos ensayos en base a las normativas correspondientes.

7.1. Ensayos preliminares.

El objetivo principal de este punto es la de verificar, mediantes ensayos a probetas, la resistencia

al cizalle de la lnea de cola, para determinar el tipo de adhesivo a utilizar en las etapas

siguientes. Para esto, y debido a que se considera una numero significativo de ensayos, se

fabricaron 8 probetas encoladas con urea formaldehdo y 8 probetas encoladas con poliuretano ,

segn norma INN-Nch 2148 Of.89, como se puede ver en la figura 8.

Fig.8 Probeta utilizada en ensayos a adhesivos.

Las dimensiones de cada pieza de madera que conforman la probeta es de 50 [mm] de altura, 50

[mm] de ancho, 19 [mm] de espesor y al momento de unirlas se realiza un con desfase de 6 [mm].

Los adhesivos utilizados son urea formaldehdo (Adelite 6238) proporcionado por Oxiquim y

poliuretano (Purbond HB S709) proporcionado por Henkel. Las fichas tcnicas de estos

adhesivos se encuentran anexas a este documento.

19

Antes de encolar las piezas de madera, se mide la humedad de estas con un dispositivo

electrnico marca Wagner, determinndose que en promedio poseen una humedad de un 11%

como se muestra en la figura 9.

Fig.9 Registro del porcentaje de humedad de las probetas.

Dependiendo del tipo de adhesivo, la fabricacin de las probetas (ver figura 10), realizada en las

instalaciones del CATEM en la Universidad del Bo Bo, considero para aquellas encoladas con

urea una presin de prensado de 2 [MPa] y un tiempo de curado de 24 [hrs], mientras que para

aquellas encoladas con poliuretano se considero una presin de prensado de 0,6 [MPa] y un

tiempo de curado de 3 [hrs]. Todo esto siguiendo las recomendaciones del fabricante de los

adhesivos.

Fig.10 Fabricacin de probetas (Encolado).

20

Los ensayos previos se realizaron en el laboratorio de adhesivos del centro de biomateriales y

nanotecnologa de la Universidad del Bo Bo. Donde las probetas son montadas sobre un

dispositivo de soporte para el ensayo de cizalle segn INN-Nch 976 Of.86. (ver figura 11)

Fig.11 Esquema de ensayo de cizalle aplicado a probetas.

El equipo Instron utilizado para aplicar la carga sobre la probeta, se programa para que la

velocidad de carga sea de 0,6 [mm/min] segn norma INN-Nch 2148 Of.89, y registrando a cada

instante la carga y el desplazamiento producido en la probeta hasta llegar al punto de falla de la

probeta, como se puede ver en la figura 12.

Fig.12 Probetas luego de ser ensayadas. Izquierda: Probeta encolada con urea. Derecha: Probeta

encolada con poliuretano.

21

7.2.Ensayos a paneles.

El objetivo principal de esta etapa experimental es la de determinar, a travs de ensayos de carga

horizontal y compresin, el comportamiento mecnico de paneles contralaminados de madera.

Para lo cual se construyen 6 paneles de tres capas y seccin rectangular, encolados con

poliuretano y prensados mediante vaco. Las dimensiones de los paneles y el esquema de ensayo

se realizan acorde a las normas INN-Nch 801 Of.03 e INN-Nch 802 Of.71 (ver figura 13)

Fig.13 Panel construido para ensayo.

Las dimensiones de estos paneles es de 1,20 [m] de ancho, 2,40 [m] de altura y 0,12 [m] de

espesor. La construccin de estos se realiza con madera estructural clase C-16 y C-24, con una

presin de prensado de 0,63 [bar] (ver figura 14) y un tiempo de curado de 3 [hrs], manteniendo

el vaco.

Fig.14 Fabricacin de paneles en prensa de vaco.

22

Los ensayos se llevan a cabo en el laboratorio de construccin de la Universidad del Bo Bo,

donde los paneles se montan de acuerdo con los esquemas planteados en las normas INN-Nch

801 Of.03 e INN-Nch 802 Of.71, segn se muestra en las figuras 15 y 16 a continuacin,

Fig.15 Esquema de ensayo de compresin a panel (Nch 801)

Fig.16 Esquema de ensayo de carga horizontal a panel (Nch 802)

Pistn

Pistn

Placa y rodillo

Tope

23

Se monta al marco de carga un pistn hidrulico de accionamiento manual, con una carrera

mxima de 10 [cm], el cual es capaz de ejercer una carga mxima de 50 [Ton]. Adems, para

medir la deflexin y la compresin del panel, se instalan en estos 4 transductores, de los cuales 2

midieron la deflexin y 2 la compresin.

El registro de la carga aplicada, la deflexin y la compresin sobre el panel se realiza

automticamente mediante un computador y adicionalmente se realiza lleva un registro manual.

De los 6 paneles construidos, se destinan 3 para los ensayos de compresin y 3 para los ensayos

de carga horizontal. En el caso de los ensayos de compresin se realizan 6 incrementos de carga

de 8 [Ton] cada una partiendo desde una carga nula hasta un mximo de 48 [Ton]. La velocidad

nominal de aplicacin de cada una de estas cargas es de 0,8[mm/min]. Mientas que para los

ensayos de carga horizontal se realizan 7 incrementos de carga de 1,2 [Ton] iniciando desde una

carga nula hasta un mximo de 8,4 [Ton], con una velocidad nominal de aplicacin de las cargas

de 5[mm/min]. Luego de la aplicacin de cada incremento de carga, estas son mantenidas lo ms

constante posible por un periodo de 5 [min], y luego son retiradas, para luego volver a cargar el

panel. La toma de datos de compresin y deflexin se realiza tanto para un estado bajo carga y

sin carga.

24

7.3.Ensayos a losas.

El objetivo de esta fase es la de estudiar el comportamiento de una losa de madera

contralaminada para determinar el comportamiento mecnico y resistencia de esta a la flexin,

para lo cual se construyen 3 losas de tres capas y de seccin rectangular, encoladas con

poliuretano y prensados mediante vaco. Las dimensiones de la losa y esquemas de ensayo se

realizan acorde a la norma INN-Nch 803 Of.03, como se puede ver en la figura 17.

Fig.17 Esquema de ensayo flexin losa (Nch 803)

Las dimensiones de las losas son 1,20 [m] de ancho, 3,20 [m] de largo y un espesor de 0,12 [m].

Al igual que en el caso de los paneles se prensan en la prensa de vaco con una presin de 0,6

[bar] y un tiempo de fraguado del adhesivo de 3 [hrs] manteniendo el prensado sobre el elemento.

El procedimiento de ensayo considera que la losa sea dispuesta como una viga horizontal

simplemente apoyada en sus bordes de menor longitud. La luz considerada entre los apoyos es de

2,80 [m]. Se genera la carga vertical sobre la losa mediante un pistn hidrulico de accionamiento

manual. La carga generada por el pistn es repartida mediante una viga, la cual a travs de

rodillos ubicados en sus extremos las transmite a la losa. Estas cargas son aplicadas a L/4 de la

longitud del panel. Se realizan 5 incrementos de carga hasta llegar a la falla de losa (ver figura

18), donde cada incremento es de 4 [Ton] iniciando desde una carga nula hasta un mximo de 20

[Ton]. Luego de que la carga es aplicada, esta es mantenida lo ms constante posible por un

periodo de 5 [min]

25

Fig.18 Falla de losa en ensayo de flexin.

8. RESULTADOS Y ANALISIS.

En este captulo, se presentan los resultados y anlisis obtenidos de los ensayos realizados a las

probetas de adhesivos, paneles y losas de madera solida contralaminada.

8.1.Ensayos preliminares.

Los grficos 1 y 2 muestran las curvas carga - deformacin, obtenidas del ensayo de cizalle a

travs del adhesivo.

Fig.19 Grfica 1: Deformacin probetas encoladas con urea formaldehdo .

26

Se observa de la grafica una deformacin de al menos 0,6 [mm] bajo cargas menores a 40 [kgf].

Esta deformacin es producto del acomodo de la probeta dentro del dispositivo de soporte. Luego

de este acomodo, se puede observar que el adhesivo inicialmente tiene un comportamiento

bastante rgido, pero al aplicar cargas mayores a 480 [kgf], se generan grandes deformaciones,

este comportamiento se da en todas las probetas, salvo en la probeta 8, donde el punto de

inflexin ocurre a los 700 [kgf]. En promedio la carga mxima resistida por la urea formaldehdo

fue de 704,5 [kgf] con una deformacin mxima promedio 5,5 [mm], antes de producirse la falla

de la probeta.

Fig.20 Grfica 2: Deformacin probetas encoladas con poliuretano.

Al igual que en la grafica 1, la grafica 2, muestra una deformacin inicial de al menos 0,6 [mm]

para cargas pequeas (menores a 40 [kgf]). Luego de este acomodo se observa un

comportamiento rgido, y luego de una carga de 600 [kgf] las deformaciones empiezan a ser

mayores. La mxima carga resistida llega a 1170 [kgf] y es alcanzada por la probeta 1, sin

embargo, para dicha carga se produce la falla. En promedio la carga mxima resistida por el

poliuretano es de 877,25 [kgf], con una deformacin mxima promedio de 4,23 [mm].

27

En la tabla a continuacin podemos ver a modo de resumen las mximas cargas alcanzadas por

los adhesivos con sus respectivas deformaciones

Tabla 1 Cargas y deformaciones mximas alcanzadas por probetas durante ensayo de cizalle.

Al realizar una comparacin entre graficas, se puede ver que la pendiente de las curvas antes del

punto de inflexin del grafico 2 es 1,2% menor que la pendiente de la grafica 1. Esto resulta

porque la unin producto de la urea es mucho ms rgida que la del poliuretano. Pero cuando las

cargas aplicadas superan a la del punto de inflexin, la resistencia de la urea se va debilitando lo

que implica deformaciones mayores en un 29,7% que las del poliuretano como se puede ver en la

tabla 1. Desde este punto de vista el poliuretano presenta caractersticas mecnicas de resistencia

superiores en un 24,5% a las de la urea, lo que implica que sea el adhesivo recomendado para la

fabricacin de los paneles contralaminados de este proyecto.

28

CARGA CARGA COMP. PANEL 1 COMP. PANEL 2 COMP. PANEL 3 COMP. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0 0 0 08 740740.74 0.61 0.47 0.48 0.5216 1481481.5 1.76 0.50 0.52 0.9224 2222222.2 2.27 0.39 0.42 1.0332 2962963 2.48 0.33 0.46 1.0940 3703703.7 2.58 0.26 0.49 1.1148 4444444.4 2.62 0.36 0.53 1.17

Res

ulta

do c

ompr

esi

n pa

nele

s baj

o ca

rga

CARGA CARGA COMP. PANEL 1 COMP. PANEL 2 COMP. PANEL 3 COMP. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0 0 0 08 740740.74 1.44 0.07 0.01 0.5016 1481481.5 2.56 0.07 0.09 0.9024 2222222.2 2.82 0.23 0.21 1.0832 2962963 2.90 0.31 0.30 1.1740 3703703.7 2.87 0.18 0.28 1.1148 4444444.4 2.78 0.32 0.34 1.15

Res

ulta

do c

ompr

esi

n re

sidu

al p

anel

es

8.2.Ensayos a paneles.

8.2.1. Ensayo de compresin a paneles.

A continuacin, en las tablas 2 y 3, se muestran las deformaciones bajo carga y residuales

obtenidas para cada uno de los paneles ensayados, as como tambin la deformacin

promedio de estos durante el ensayo de compresin.

Tabla 2 Deflexiones verticales bajo carga en paneles y deformacin promedio.

Tabla 3 Deformaciones residuales en paneles y deformacin promedio.

De los resultados presentados en las tablas 2 y 3, se grafican las curvas carga-deformacin

como se puede ver a continuacin.

29

CARGA CARGA DEFL. PANEL 1 DEFL. PANEL 2 DEFL. PANEL 3 DEFL. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0 0 0 08 740740.74 3.7 2.0 1.6 2.4316 1481481.5 4.3 2.3 2.3 2.9824 2222222.2 4.7 2.5 3.0 3.4232 2962963 5.1 3.0 3.8 3.9640 3703703.7 5.4 3.5 4.5 4.5048 4444444.4 5.9 0.0 5.7 3.85

Res

ulta

do d

efle

xin

pa

nele

s baj

o ca

rga

Fig.21 Grfica 3: Deformacin paneles contralaminados.

Se puede observar de esta grafica que la curva promedio de deformacin bajo carga es

prcticamente idntica a la curva de deformacin residual, adems se puede ver que ambas

alcanzan para la mxima carga aplicada de 48 [Ton], una deformacin permanente de

aproximadamente 1,2 [mm]. El resultado obtenido implica que la mxima carga aplicada solo

provoc un aplastamiento o acomodamiento de algn elemento de madera que compone el

panel. Pero en s, no gnero una deformacin del panel.

Adicionalmente a las deformaciones, mediante el ensayo de compresin al panel, se obtiene

la deflexin de este producto de la carga vertical aplicada. Este resultado se muestra en las

tablas a 4 y 5 a continuacin.

Tabla 4 Deflexin bajo carga en paneles y deflexin promedio.

0 500000

1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000 5000000

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Car

ga [P

a]

Deformacin [mm]

Curva promedio compresin bajo carga

Curva promedio compresin residual

30

CARGA CARGA DEFL. PANEL 1 DEFL. PANEL 2 DEFL. PANEL 3 DEFL. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0 0 0 08 740740.74 0.3 0.2 0.2 0.216 1481481.5 0.4 0.3 0.0 0.324 2222222.2 0.5 0.3 0.2 0.332 2962963 0.6 0.4 0.3 0.440 3703703.7 0.6 0.6 0.4 0.548 4444444.4 0.6 0.8 0.6 0.7

Res

ulta

do d

efle

xin

resi

dual

pan

eles

Tabla 5 Deflexin residuales en paneles y deflexin promedio.

De los resultados presentados en las tablas 4 y 5, se grafican las curvas carga deflexin

Fig.22 Grfica 4: Deflexin de paneles contralaminados.

Se observa que cuando los paneles son cargados pueden llegar a deflexiones mayores a 4

[mm], sin embargo al retirar la carga del panel este recupera su forma casi por completo con

deformaciones residuales menores a 1 [mm]. Esta diferencia deja de manifiesto que los

paneles contralaminados poseen una gran elasticidad y resistencia, pudiendo soportar cargas

cercanas a la mxima carga ejercida por el pistn hidrulico. La recuperacin promedio del

estado original antes de ser cargados es de un 89,9% mientras que la deformacin permanente

del panel es de un 10,1%. La curva promedio de deflexin bajo carga, al llegar a los 48 [Ton]

muestra una deflexin menor a la obtenida con una carga de 40 [Ton]. Esto se debi a que los

dos transductores que median la deflexin del panel 2 fallaron, como se puede ver en la tabla

4, registrando un valor nulo, lo significo que la deflexin promedio fuese menor.

0 500000

1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000 5000000

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

Car

ga [P

a]

Deflexin [mm]

Curva promedio deflexn bajo carga

Curva promedio deflexn residual

31

CARGA CARGA LATE. PANEL 1 LATE. PANEL 2 LATE. PANEL 3 LATE. PROMEDIO[Ton] [N/m] [mm] [mm] [mm] [mm]

0.0 0 0.00 0.0 0.0 0.001.2 1000 2.24 2.7 2.2 2.372.4 2000 3.92 4.3 4.0 4.093.6 3000 5.42 5.8 5.1 5.424.8 4000 7.21 7.1 7.1 7.146.0 5000 8.81 8.4 9.2 8.817.2 6000 10.47 9.7 11.1 10.458.4 7000 12.38 11.1 10.5 11.33R

esul

tado

car

ga la

tera

l pan

eles

ba

jo c

arga

CARGA CARGA LATE. PANEL 1 LATE. PANEL 2 LATE. PANEL 3 LATE. PROMEDIO[Ton] [N/m] [mm] [mm] [mm] [mm]

0.0 0 0.0 0.0 0.0 0.01.2 1000 0.4 0.5 0.3 0.42.4 2000 0.6 0.6 0.4 0.53.6 3000 1.0 0.4 1.0 0.84.8 4000 1.4 0.6 1.2 1.06.0 5000 2.2 0.7 2.1 1.77.2 6000 2.6 1.2 1.7 1.88.4 7000 3.6 0.6 2.8 2.3R

esul

tado

car

ga la

tera

l pan

eles

re

sidu

al

8.2.2. Ensayo de carga horizontal a paneles.

Las tablas 6 y 7 a continuacin muestran las deformaciones obtenidas para cada uno de los

paneles durante el ensayo de carga horizontal.

Tabla 6 Deformaciones bajo carga para paneles durante ensayo de carga horizontal.

Tabla 7 Deformaciones residuales para paneles durante ensayo de carga horizontal.

De los resultados presentados en las tablas, se grafican las curvas carga deformacin.

Fig.23 Grfica 5: Deformacin de paneles durante ensayo de carga horizontal

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Car

ga [N

/m]

Deformacin [mm]

Deformacin bajo carga

Deformacin residual

32

De la grafica 5 se puede observar que los paneles al ser cargados lateralmente y luego

descargados, poseen un comportamiento elstico con una recuperacin promedio del estado

original antes de ser cargados de un 84,4%, mientras que el 15,6% restante representa una

deformacin permanente despus de ser retirada la carga. La mxima deformacin promedio

alcanzada fue de 11,33 [mm] para una carga de 8,4 [Ton], al ser retirada la carga la deformacin

residual es de 2,3 [mm].

La carga mxima con la cual se detuvo el ensayo fue de 8,4 [Ton], debido a que se produce una

falla por aplastamiento en uno de los bordes superiores del panel. Esta falla es producto de la

disposicin y el tipo de elementos con los que se cuenta para ensayar los paneles.

Fig.24 Disposicin de elementos de ensayo y falla de panel por aplastamiento.

Segn la INN-Nch 802 Of.71, en el borde inferior del panel opuesto a la direccin de la carga,

debe haber un tope de dimensiones iguales a las del espesor del panel destinado a impedir

desplazamientos horizontales, as tambin se debe colocar un sistema de anclaje que impida el

levantamiento del borde donde se aplican las cargas. Iniciado el ensayo, con el pistn ejerciendo

una fuerza sobre el panel, el tope inferior se transforma en un punto de giro, lo que resulta en el

levante del borde inferior opuesto, a lo cual empieza a actuar el anclaje. Sin embargo y aunque

este anclaje sea de seccin tubular, acta como una carga puntual ubicada muy en el extremo del

panel, la que se incrementa debido a la aplicacin de la carga generada por el pistn.

Tope

Anclaje

Falla por aplastamiento

33

8.2.3.Ensayo a losas.

Las tablas 8 y 9 a continuacin muestran las deflexiones obtenidas durante el ensayo de flexin

en losas para los cada uno de los paneles ensayados.

Tabla 8 Deflexin bajo carga en losas durante ensayo de flexin

Tabla 9 Deflexin residual en losas durante ensayo de flexin

De los resultados presentados en las tablas, se grafican las curvas carga deflexin para losas.

Fig.25 Grfica 6: Deflexin de losas durante ensayo de flexin.

CARGA CARGA FLEX. LOSA 1 FLEX. LOSA 2 FLEX. LOSA 3 FLEX. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0.0 0.0 0.0 0.04 11905 8.7 8.1 8.5 8.48 23810 16.6 15.9 16.7 16.412 35714 25.3 23.5 24.8 24.616 47619 33.9 32.0 33.3 33.120 59524 45.4 40.2 42.6 42.7R

esul

tado

flex

in

losa

baj

o ca

rga

CARGA CARGA FLEX. LOSA 1 FLEX. LOSA 2 FLEX. LOSA 3 FLEX. PROMEDIO[Ton] [Pa] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0 0.0 0.0 0.0 0.04 11905 0.4 0.3 0.3 0.38 23810 0.7 0.6 0.7 0.612 35714 1.3 0.9 1.4 1.216 47619 2.2 1.7 2.0 2.020 59524 3.6 2.5 2.8 3.0

Res

ulta

do fl

exi

n lo

sa

resi

dual

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0

Car

ga [P

a]

Deflexin [mm]

Curva promedio deflexin bajo carga

Curva promedio deflexin residual

34

De la grafica 6 se observa que las losas al tener una carga de 20 [Ton], muestran una flexin

promedio de casi 43 [mm], y luego, al ser retirada la carga, estas losas regresan prcticamente a

su estado original completo con una deformacin residual promedio de 3 [mm]. Esta capacidad

de deformacin nos indica que las losas poseen una gran elasticidad y resistencia, con una

capacidad de recuperacin promedio del estado original de un 94,9%, contra un 5,1% que

representa la deformacin residual total promedio.

Las losas ensayadas mostraron una capacidad de carga de 20 [Ton], sobre este valor se produjo la

falla de estas.

8.3.Clasificacin estructural de paneles segn norma Nch 806.

Siguiendo los criterios presentados en la INN-Nch 806 Of.71, segn las caractersticas de los

paneles estos clasifican como panel soportante: IC-RC3C-RH3C-RT3C

Tipo VI: Monolticos sin revestimiento.

Clase C: Material dominante madera.

Grado RC3: Carga de rotura es mayor a 8000 [kg/ml]

Subgrado RCC: Deformacin admisible entre 7 [mm] o menos

Grado RH3: Carga de rotura mayor a 2001 [kg/ml].

Subgrado RHC: Deformacin admisible entre 15 [mm] o menos

Grado RT3: Carga de rotura es mayor a 1500 [kg/ml]

Subgrado RTC: Deformacin admisible entre 25 [mm] o menos.

35

9. CARACTERIZACION MECNICA DE PANELES.

En este captulo se realiza una caracterizacin mecnica de los paneles y losas ensayados,

determinando el mdulo de elasticidad de estos.

9.1.Modelos considerados para determinacin de mdulo de elasticidad.

De los resultados obtenidos en los ensayos de carga horizontal y de flexin sobre los paneles y

losas, es posible determinar el mdulo de elasticidad respectivo, mediante las ecuaciones de

clculo de flechas mximas, debido a que se cuenta como resultado de los ensayos con las

deflexiones y cargas mximas aplicadas.

Los modelos considerados se muestran en las figuras 26 y 27.

Fig.26 Modelo considerado para paneles sometidos a carga horizontal

Fig.27 Modelo considerado para losas sometidas a flexin

36

9.2.Mdulo de elasticidad de paneles.

El mdulo de elasticidad de los paneles se obtiene mediante la siguiente ecuacin:

= !3 Donde:

f: Flecha o deformacin mxima [cm].

q: Carga aplicada [kg].

H: Altura del panel [cm].

E: Mdulo de elasticidad [kg/cm2].

I: Inercia del panel [cm4].

Si bien la mxima carga aplicada sobre el panel fue de 8.400 [kg], para determinar el mdulo de

elasticidad de este, se debe utilizar un valor intermedio antes de que empieze el dao en el panel

como se puede ver en la tabla 10.

Tabla 10 Mdulo de elasticidad en panel obtenido de ensayo de carga horizontal.

Al realizar este procedimiento con todas las cargas registradas antes de la mxima aplicada, se

obtiene un mdulo de elasticidad mximo de 18.012,9 [Mpa] y un mnimo de 13.237,4 [Mpa]. De

esta forma el MOE promedio obtenido de este ensayo es de 16.556 [Mpa].

37

9.3.Mdulo de elasticidad de losas.

El mdulo de elasticidad de losas se obtiene mediante la siguiente ecuacin:

= 24 3 ! 4 ! Donde:

f: Flecha o deformacin mxima [cm].

q: Carga mxima aplicada [kg].

l: Longitud losa [cm].

E: Mdulo de elasticidad [kg/cm2].

I: Inercia del losa [cm4].

a: Distancia al punto de aplicacin de la fuerza [cm]

Al igual que en el caso anterior, para determinar el mdulo de elasticidad de las losas se

consideran las cargas y deformaciones anteriores a la carga y deformacion mxima obtenida

como se puede ver en la tabla 11,

Tabla 11 Mdulo de elasticidad en losa obtenido de ensayo de flexin.

Se realiza este procedimiento con todas las cargas y deformaciones registradas en la tabla 8, antes

de registrar la mxima carga y deformacion, con lo que se obtiene como promedio un MOE de

8.630 [Mpa].

38

10. TABLAS DE PRE DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS DE CLT.

En el presente capitulo se desarrollan, en base a los resultados obtenidos de los ensayos de

flexin en losa, dos tablas para el pre dimensionamiento de losas de madera contralaminada para

distintos largos y espesores.

10.1 Mtodo de clculo.

La metodologa considerada para la determinacin de estas tablas supone una losa simplemente

apoyada, la cual tiene aplicada una carga distribuida sobre ella. El modelo considerado en el

anlisis es el siguiente (ver figura 28),

Fig.28 Modelo considerado para losas con carga distribuida.

Se determinara la carga mxima resistida por la losa despejndola de la siguiente ecuacin de

flecha mxima, = 5384 !

Donde:

f: Flecha o deformacin mxima [cm].

q: Carga mxima aplicada [kg].

l: Largo de losa [cm].

E: Mdulo de elasticidad [kg/cm2].

I: Inercia del panel [cm4].

39

Se considera que la deformacin mxima no exceda L/300, por lo que al igualarla con la ecuacin

antes mostrada, se obtiene la siguiente formulacin para determinar la carga mxima admisible.

= 8375 !! Donde:

q: Carga mxima admisible [kg/cm2]

E: Mdulo de elasticidad de la losa de CLT [kg/cm2].

e: Espesor de la losa [cm]

l: Largo de la losa [cm]

En el anlisis se consideran adems las siguientes cargas:

Peso propio: Se considera la densidad nominal del pino

radiata (= 459 [kg/m3])

Sobre carga 1: Se considera una sobre carga de uso de losa

de 200 [kg/m2]

Sobre carga 2: Se considera una sobre losa de hormign de

10 [cm] de espesor.

Con las cargas anteriores, se generan las siguientes combinaciones.

C1: PP + SC1

C2: PP + SC1 + SC2

40

10.2 Determinacin de tablas de pre dimensionamiento.

La tabla 12 muestra las cargas mximas admisibles para las losas al considerar una deformacin

mxima de L/300.

Tabla 12 Cargas mximas admisibles de losas a flexin [kg/m2].

Los resultados obtenidos de esta tabla se comparan con las cargas de las dos combinaciones

consideradas, de manera de obtener un largo mximo admisible para cada panel.

Para el caso de la combinacin C1=PP+SC1, se tiene que para un panel de 12 [cm] de espesor, la

carga que debe ser capaz de soportar la losa es de 255 [kg/m2], por lo que el largo mximo

admisible para esta losa es de 5 [m]. Ahora si se considera para esta misma losa la combinacin

C2=PP+SC1+SC2, la carga que debe soportar el panel es de 495 [kg/m2], por lo que la longitud

mxima de esta losa se limita a solo 4 [m].

41

Para el caso de una losa simplemente apoyada que considera solo el peso propio mas la sobre

carga de uso, se obtienen las longitudes admisibles presentadas en la tabla 13,

Tabla 13 Longitudes mximas de losas considerando PP+SC1

Estos resultados al graficarlos se pueden visualizar de la siguiente forma (ver figura 29).

Fig.29 Grafica 7: Longitudes mximas de losas considerando PP+SC1

En general se puede observar de la grafica, que a medida que se aumenta la luz entre los apoyos,

la carga mxima que se puede aplicar en las losas disminuye. Las mximas longitudes son

alcanzadas por aquellas losas que tienen espesores mayores a 16 [cm]. La menor longitud

obtenida, corresponde a una losa de 9 [cm] de espesor, la cual tiene como luz mxima entre

apoyos 3,5 [m].

42

Ahora, si se considera una losa simplemente apoyada, la cual adems tiene una sobre losa de

hormign de 10 [cm] de espesor, y se sigue considerando una sobre carga de uso y el peso propio

de la losa, se obtienen las longitudes admisibles presentadas en la tabla 14,

Tabla 14 Longitudes mximas de losas considerando PP+SC1+SC2

Al graficar estos resultados se pueden visualizar de la siguiente forma (ver fugura 30).

Fig.30 Grafica 8: Longitudes mximas de losas considerando PP+SC1+SC2

Al igual que en el resultado anterior se observa que a medida que aumenta la carga aplicada sobre

la losa, la longitud de esta disminuye. Sin embargo se puede observar que para esta condicin de

carga, la losa de 19 [cm] de espesor es la nica que puede alcanzar una longitud mxima de 6

[m]. Adems la longitud mxima que puede alcanzar la losa de 9 [cm] de espesor es de 3[m].

43

11.CONCLUSIONES

En este captulo se presentan las conclusiones de los resultados obtenidos, y se dar una respuesta

a los objetivos planteados de esta investigacin. Se debe tener presente que las conclusiones de

este documento, reflejan solo los resultados obtenidos de paneles con caractersticas particulares,

las cuales se indican en los primeros captulos.

11.2 Conclusiones y comentarios.

Los resultados obtenidos permiten establecer las siguientes conclusiones derivadas del estudio

De los dos adhesivos estudiados se pudo observar que el poliuretano posee una resistencia

un 24,5% superior a la urea. Alcanzando a tener una resistencia promedio de 877,25 [kgf]

antes de producirse las mayores deformaciones.

Adems de la superioridad del poliuretano frente a la urea desde un punto de vista de

resistencia, el poliuretano presenta otras ventajas significativas como por ejemplo este

reacciona con la humedad de la madera, requiere una presin de prensado menor a la

requerida por la urea, y lo ms importante, no genera emanaciones nocivas, como el caso

de la urea formaldehdo .

El uso de la prensa de vaco, permite una construccin rpida y de bajo costo de los

paneles contralaminados.

Del ensayo de compresin aplicado a los paneles, se observo que, el que la curva de

deformacin bajo carga sea muy similar a la curva de deformacin residual, es atribuible

solo al aplastamiento de una capa del panel o del acomodo de este.

Del ensayo de compresin se observo que para la deflexin de los paneles luego de ser

cargados con 48 [Ton], pueden recuperar su estado original en un 90 %.

44

Los paneles de CLT al ser cargados horizontalmente, presentaron deformaciones de

hasta 11,33[mm] y con una capacidad de volver a su estado original de un 84,4 %. Se

determino un MOE para paneles de 16.556 [MPa]

Las losas de CLT al ser cargadas verticalmente, se deformaron 42,7 [mm] con una carga

mxima de 20 [Ton], y tuvieron un porcentaje de recuperacin de su estado original de un

95%. Se determino un MOE de 8.630 [MPa]

En base a los resultados obtenidos de los ensayos de flexin en losas, se observ que las

losas construidas con madera de pino radiata nacional poseen un MOE un 21,5% mas bajo

que las losas de madera contralaminada europeas que poseen un MOE de 11.000 [MPa].

Independiente de que las losas de madera contralaminada nacionales posean un MOE

menor que las fabricadas en europa, los resultados obtenidos de los ensayos realizados

muestran que estas si pueden ser una alternativa valida de losas para edificaciones de

mediana altura.

En base a los resultados obtenidos de los ensayos a paneles y losas, basados en la norma

INN-Nch 806 Of.71 es posible clasificar estos paneles como IC-RC3C-RH3C-RT3C

11.2 Futuras reas de investigacin.

De acuerdo al objetivo general en el campo de las investigaciones tendientes a caracterizar la

madera contralaminada (CLT) en el uso de edificaciones de mediana altura y segn lo analizado

en este estudio, es posible recomendar como temas de inters los siguientes:

Realizar una caracterizacin mecnica de paneles contralaminados de 5 y 7 capas.

Analizar el comportamiento de un panel contralaminado al estar expuesto al fuego.

Validar la metodologa de clculo empleada en pases europeos con parmetros obtenidos

al utilizar madera de pino radiata nacional.

Estudiar las uniones entre paneles (muro-losa, muro-muro, losa-losa).

45

12.REFERENCIAS

Samlaic, J.1983. Los problemas actuales y las posibilidades de adhesivos para madera.

Revista da Madeira. 374: 7-10

Peterson, R.W.1964. Wood adhesives. Otawa, Forest Products Reseach Branch, n.1055

FPInnovations, 2010. Cross Laminated Timber; a Primer.

Arne G., R.D. 2010. Non destructive evaluation of stiffness properties of cross-

laminated solid wood panels.

MM Kaufmann.2012. Cross Laminated Timber Panels, M1 BSP crossplan. (Disponible

en:http://www.mmkaufmann.com/fileadmin/ablage/dokumente/dokumente/MMK_M1_BSP_cros

splan_En.pdf Consultado el: 1 de Agosto del 2012 )

INN-Nch 801 Of.03: Elementos de construccin Paneles Ensayos de

compresin.

INN-Nch 802 Of.71: Arquitectura y construccin Paneles prefabricados- Ensayos de

carga horizontal.

INN-Nch 803 Of.03: Elementos de construccin Paneles Ensayos de flexin.

INN-Nch 806 Of.71: Arquitectura y construccin Paneles prefabricados Clasificacin

y requisitos.

46

INN-Nch 976 Of.86: Madera Determinacin de las propiedades mecnicas Ensayo de

cizalle paralelo a las fibras.

INN-Nch 1198 Of.06: Madera Construcciones en madera Clculo

INN-Nch 2148 Of.89: Madera laminada encolada estructural Requisitos e inspeccin.