CHARLA¿Cómo especificar madera para uso estructural en
un proyecto de construcción?
MORFOLOGÍA DE LA MADERA
La madera o xilema es un conjunto de tejidos vegetalesleñosos, perennes que forman la masa principal delcuerpo de los árboles.
Fuente: pixabay.com.
Fuente: www.gopixpic.com.
MORFOLOGÍA DE LA MADERAEl tronco de un árbol está formado por:
Corteza exterior (peridermis):Compuesta de células muertas.
Médula
Madera (xilema):Es la parte maderable o leñosa del tronco
Cambium vascular:Compuesto por células en reproducción.
Corteza interior (floema):Transporta los nutrientes elaborados porla fotosíntesis.
La madera está constituida por fibras compuestasprincipalmente de celulosa;unidas por un material cementante llamado lignina.Se distinguen las fibras de madera de primavera (MP)cuya pared celular es delgada y su lumen es ancho,mientras las fibras de madera de verano (MV) presentanla pared celular gruesa y lumen pequeño.
MORFOLOGÍA DE LA MADERA
ESPECIES MADERERAS
DIAGRAMA
CONÍFERAS-copa más pyramidal-hojas en forma de agujas (acículas)
CONÍFERAS Y LATIFOLIADAS Las especies de maderas comerciales corresponden a dos grupos:
LATIFOLIADAS-copa más ramificadas-hojas en forma laminar
ESPECIES MADERERAS
DIAGRAMA
CONÍFERAS LATIFOLIADAS
Las diferencias entre las especies de coníferas y latifoliadas también se observan en el tipo de maderas que estas producen. Lasmaderas de coníferas son denominadas maderas blandas ya que sus densidades varían principalmente entre 300 kg/m3 y 550kg/m3; mientras las latifoliadas son consideradas maderas duras presentando mayoritariamente densidades mayores a los 550kg/m3.
Fuente imágenes: Laboratorio Anatomía de la madera de la Universidad De Chile
ESPECIES MADERERAS
ALGUNAS CONÍFERAS Y LATIFOLIADAS DE IMPORTANCIA COMERCIAL QUE CRECEN EN LATINOAMÉRICA
CONÍFERAS LATIFOLIADAS
Pino radiata Eucalipto globulus
Pino oregón Eucalipto grandis
Pino taeda y elliotti Teca
Pino Pátula Roble
Raulí
Eucalipto nitens
MORFOLOGÍA DE LA MADERA
DIAGRAMA
ANISOTROPÍAMODELO ORTOTRÓPICO
Tangencial
Longitudinal
Radial
HIGROSCOPICIDAD
La madera tiene gran capacidad para captar yceder humedad, debido a que el principalcomponente de la pared celular es la celulosa quees muy rica en grupos OH.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMAcélula
celulosa
microfibrilla
Pared celular
fibrilla
Fuente: www.etsmre.upv.es.
CONTENIDO DE HUMEDAD (CH)
IMAGEN
Ejemplo: Un contenido de humedad del 40%, equivale a 40 kg de aguacontenidos en 100 kg de madera anhidra.
Madera seca: madera con un contenido de humedad menor o igual al 19%.
Madera verde: madera con un contenido de humedad mayor al 20%.
Es la cantidad de agua incluida en la madera, expresada en porcentaje de su masa anhidra.
%CH=masa madera anhidra
masa de agua
CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO
DIAGRAMA
Ejemplo:
Temperatura ambiente: 20º C
Humedad relativadel aire: 65%
Humedad de equilibrio de la madera: 12%
Es el estado en que el contenido de humedad de la madera se mantieneconstante debido a las condiciones de temperatura ambiente y humedad relativa del aire.
Humedad Relativadel aire (%)
Fuente: Wood Handbook.
Tem
pera
tura
Am
bie
nte
(ºc)
Humedad de equilibrio de la madera: 12%
En el gráfico se observa que a igual densidad, la maderaseca (12%) tiene mayor resistencia mecánica que lamadera verde (30%).
Módulo
de
ruptu
ra [
kg/c
m2]
Densidad [gr/cm3]
Fuente: Manual deConstrucciones enmadera - INFOR.
CONTENIDO DE HUMEDAD (CH)
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
Hongos de mancha y de mohos: se alimentan de loscompuestos orgánicos fácilmente digeribles almacenados enla madera y con frecuencia ejercen escasa o nula influenciasobre las propiedades de ésta.
AGENTE DE BIODETERIORO1. Hongos Xilofagos: pueden clasificarse de acuerdo ala naturaleza de su desarrollo en la madera y al tipo dedeterioro que ocasionan.
Hongos de Pudrición: desintegran las paredes de la célula y,por lo tanto, cambiar las características físicas y químicas dela madera; tal desorganización de la materia da lugar alestado llamado pudrición.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMA
Fuente: www.southernpine.com.
Fuente: www.simbolocalidad.com.
Una de las características intrínsecas de la madera es el ser un material biodegradable en razón a su origenorgánico.
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
DIAGRAMA DIAGRAMA
Fuente: www.desfiplagas.com.
Agentes de Biodeterioro
InsectosXilófagos:
Ataca n desde árboles en pie hasta maderaseca puesta en servicio, pero a nivel general constituyenuna amenaza menor que los hongos. Dentro de losinsectos podemos mencionar las termitas, coleópteros yhormigas carpinteras, siendo las termitas las másdañinas.
.
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
DURABILIDAD NATURALSe refiere a la capacidad de la madera a resistir el ataque de los distintos agentes biológicos de destrucción, una vez que se pone en servicio, sin ningún tratamiento preservante (NCh 789/1).
DETERMINACIÓN: Ensayo normalizado: AWPA E10-01Se asigna una categoría de durabilidad natural basado en losindicadores de pérdida de peso de Findlay (1962) (Escala utilizadaen NCh 789-1 Of.1987).DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMA
Fuente: INFOR.
IndicadorMuy
durableDurable
Moderadamentedurable
Poco durableNo
durableTiempo 25años 15 -25 años 10 -15 años 5 –10 años 5añosPérdida peso 0 -<1% 1% -<5% 5% -<10% 10% -<30% >30%
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
DURABILIDAD NATURALClasificación de las maderas comerciales por su durabilidad natural.
La OGUC establece que s i la madera corresponde a la categoría 5, debe ser preservada conforme a la normaNCh 819.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMA
Categoría ClasificaciónVida útil
esperadaEspecie
1 Muy durables ≥20Años Roble,Ciprésde las guaitecas,Alerce
2 Durables ≥15años Raulí, LengaLingue
3 Moderadamente durables ≥10años Canelo, Coigüe, Tineo,Ulmo
4 Poco durables ≥5añosAraucaria, Eucalipto,Laurel,
Mañío
5 No durables ≤ 5años Alamo,Olivillo,Pinoradiata, Tepa
CARACTERÍSTICAS DE LA MADERA
La madera es un material:
- Higroscópico- Anisotrópico- Susceptible al ataque de hongos e insectos
ESPECIFICACIÓN DE LA MADERA EN UN PROYECTO
Madera para uso estructural:
- Condición de humedad (Seca o verde)- Dimensiones efectivas y Tolerancias
dimensionales- Calidad estructural- Durabilidad natural / Tratamiento
CONDICIÓN DE HUMEDAD
HUMEDAD
La tabla registra la humedad deequilibrio para maderas ubicadas enedificios con distintas condiciones deservicio.
Ubicación de la madera en el edificio Humedad de equilibriopromedio para las condiciones de servicioseñaladas
A. Recintos cubiertosabiertos Humedad de equilibrio según localidad
B. Recintos cubiertos cerrados sincalefacción o calefaccionadosintermitentemente
12%
c. Recintos continuamentecalefaccionados 9%
Fuente: NCh 1198: Maderas –Construcciones en madera–Cálculo.
MEDICIÓN CONTENIDO DEHUMEDAD (CH)
El método del xilohigrómetro (NCh 2827):
Se basa en la medición de las propiedades eléctricas dela madera, usando un medidor que relaciona dichaspropiedades con el CH de la madera.
Se observa que su resistencia eléctrica aumenta amedida que disminuye el CH.
Fuente: NCh 2827.
MEDICIÓN CONTENIDO DEHUMEDAD (CH)
Exceso de humedad en elementos estructurales de madera genera:
- Variaciones dimensionales respecto a laespecificación.
- Baja de las propiedades mecánicas- Condiciones para la aparición de hongos
Fuente: NCh 2827.
DIMENSIONES EFECTIVAS (Pino radiata)
Dimensión nominal
Dimensión efectiva [mm]
Aserrado seco Cepillado seco
½ 10 8
¾ 17 14
1 21 19
1 ½ 36 33
2 45 41
2 ½ 57 53
3 69 65
3 ½ 82 78
4 94 90
5 118 114
6 142 138
7 166 162
8 190 185
9 214 210
10 235 230
DIMENSIONES EFECTIVAS (Otras especies)
Dimensión nominal
Dimensión efectiva [mm]
Aserrado seco Cepillado seco
½ 12 9
¾ 19 12
1 25 20
1 ½ 38 30
2 50 45
3 75 70
4 100 90
5 125 115
6 150 140
7 175 165
8 200 190
9 225 215
10 250 240
TOLERANCIAS DIMENSIONALES
Las tolerancias dimensionales que deben presentar las piezas aserradas y cepilladas se exponen en la siguiente tabla:
Espesor[mm] Ancho [mm] Longitud [m]
Aserradaseca
(0,+3) (0,+5) (0,+0,1)
Cepilladaseca
(0,+1) (0,+2) (0,+0,1)
CALIDAD ESTRUCTURAL
MADERA ESTRUCTURAL
- sección transversal rectangular- cepillada o calibrada en sus caras y cantos- capacidad mecánica conocida- condición de humedad especificada- Tolerancias dimensionales especificadas- durabilidad natural y/o preservación especificada- especie y origen- uso de marcas de calidad.
La madera aserrada estructural presenta las características que se indican a continuación:
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
Madera estructural: Ejemplo de marca de calidad en Mercado canadiense.
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
DIAGRAMA
Existen dos métodos de clasificación estructural de madera: VISUAL Y MECÁNICA.
Cada pieza de madera debe tener asignado un grado estructural por algunos de éstos métodos de clasificación.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMA
clasificación visual clasificación mecánica
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
Carácterísticas a evaluar:NudosInclinación de la fibraArista faltanteAlabeosBolsillo de resina y de corteza
CLASIFICACIÓN VISUALConsiste en el control visual de una serie decaracterísticas de la madera, que, para el Pino radiata,están especificadas en la NCh 1207.
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
CLASIFICACIÓN VISUALLa clasificación visual para uso estructural debe ser realizada por clasificadores (graders), que corresponde a personalcalificado y entrenado para realizar esta labor en los aserraderos.
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
G2PINO RADIATA – CHILE
41 X 138 – CEPILLADO -SECO
Aserradero A
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
2PINO TAEDA Y ELLIOTI – ARG45 X 140 – CEPILLADO -SECO
Aserradero A
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
PRESERVACION – CCA NCh 790El preservante de madera más utilizado por las plantas deimpregnación del país es el CCA (cobre, cromo, arsénico), que esaltamente eficaz para la protección de la madera contra elataque de hongos e insectos, sin embargo, se encuentracuestionado debido a su toxicidad.
La tendencia mundial apunta hacia la demanda de maderapreservada con productos menos tóxicos, que otorguen unaprotección efectiva y duradera, sin afectar a las personas niimpactar negativamente el medio ambiente.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMAFuente: www.andaluzadelaminados.es. Fuente: www.flickr.com
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
PRESERVACIÓN
El proceso de impregnación con CCA se ejecuta en un cilindro que opera bajo una secuencia de vacío, presión, vacío (sistema Bethell). Utiliza el agua como solvente (hidrosoluble); incrementa el contenido de humedad de la madera por sobre el 100%; otorga una color verde característico a la madera, y demanda un costo de secado adicional para el uso posterior de la madera.
Sistema Bethell
Fuente: pymsaforest.com.
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
NORMAS DE PRESERVACIÓN APLICABLES SÓLO A PINO RADIATA
De acuerdo al uso y riesgoesperado para la maderade Pino radiata una vezpuesta es servicio, estadebe cumplir las exigenciasde retención y penetraciónque señala la NCh 819.
Nivel deriesgo de deterioro
Condiciones de uso Agente biológico dedeterioro
Riesgo 1(R1) Usoen interiores, sobre el nivel del sueloy ambientes secos
Insectos, incluida termitasubterránea
Riesgo 2(R2)Uso en interiores, sobre el nivel del suelo, con
posibilidad de adquirirhumedad, ambientes mal ventilados
Hongos de pudrición e insectos, incluida termita subterránea
Riesgo 3(R3)Uso en exteriores o interiores,exposición a las
condiciones climáticasHongos de pudrición e insectos, incluida
termita subterránea
Riesgo 4(R4)Uso en exteriores o interiores,en contacto con el suelo,con posibilidades de contacto esporádico con agua
dulce
Hongos de pudrición e insectos, incluida termita subterránea
Riesgo 5(R5)Uso en exteriores o interiores, en contacto con el suelo, componentes estructurales críticos,contacto con agua
dulceHongos de pudrición e insectos, incluida
termita subterránea
Riesgo 6(R6) Uso en contacto con agua marinaHoradores marinos, hongos depudrición e insectos, incluidatermita subterránea
Fuente: NCh 819:Madera preservada –Pino radiata –Clasificación según uso y riesgo en servicioymuestreo.
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
RETENCIÓN MÍNIMA
Retención mínima deingrediente activo[kg/m3] según nivel deriesgo de la madera.
Fuente: NCh 819:Madera preservada –Pino radiata –Clasificación según uso y riesgo en servicio ymuestreo.
Riesgo ACQ
Kg/m3
B2O3(SBX)
Kg/m3
BS
Kg/m3
CCA
Kg/m3
LFF
Kg/m3
LOSP
(Permetrina+
azoles) Kg/m3 CA-B
Kg/m3
MCAz
Kg/m3
1 4,0 4,4 11,2 4,0 34,0 0,086 1,7 1,0
2 4,0 4,4 11,2 4,0 34,0 0,086/0,2 1,7 1,0
3 4,0No sedebe
usarNo sedebe
usar4,0 42,0 0,086/0,26 1,7 1,0
4 6,4No sedebe
usarNo sedebe
usar6,4 51,0
No sedebeusar
3,3 2,4
5 9,6No sedebe
usarNo sedebe
usar9,6 55,0
No sedebeusar
5,5 3,7
6a) zona deensayoexterior
No sedebeusar
No sedebeusar
No sedebeusar
24 ó 40No sedebe
usarNo sedebe
usarNo sedebe usar No sedebe
usar
6b) zona de ensayo interior
No sedebeusar
No sedebeusar
No sedebeusar
14 ó 24No sedebe
usarNo sedebe
usarNo sedebe usar No sedebe
usar
a) La retención mayor se debe usar cuando existe riesgo de ataque de Teredo y Limnoria Tripunctata.
b) Densidad básica utilizada para madera de Pino radiata: 429 Kg/m3.
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
PENETRACIÓN MÍNIMA
Penetración mínimade preservantes(excepto LOSP).
Fuente: NCh 819:Madera preservada –Pino radiata –Clasificación según uso y riesgo en servicioy muestreo.
Producto Clasificación deriesgo
Requisitos mínimos de penetración en albura o
profundidad mínima (mm)en lascaras
Albura
Profundida mínima
(en caso deduramen
expuesto ala supoerficie)
Madera aserrada de espesor < 50mm R1, R2, R3 Y R4 100% 3mm
Madera aserrada de espesor≥50mm R1, R2, R3 Y R4 100% 3mm
Madera aserrada noestructural R6 100% 3mm
BIODETERIORO Y PRESERVACIÓN
DIAGRAMA
Control de la penetración (CCA / MCAz) Reactivo: Cromo azurol o Ácido Rubeanico
En la imágen se puede evidenciar la presencia delpreservante en las zonas azuladas.
CONTROL DE PENETRACIÓNLa apariencia visual de la madera preservada (color verde u otro)en ningún caso es un indicador de la calidad de la preservación.
Si en terreno existen dudas de la calidad de la preservación de lamadera, se puede verificar la penetración utilizando los reactivos.Estos se aplican con un rociador en un corte transversal de lapieza de madera, lo que permitirá evidenciar la presencia desolución preservante.
DIAGRAMA
DIAGRAMA
DIAGRAMA
ESPECIFICACIÓN DE LA MADERA EN UN PROYECTO
Madera para uso estructural:
- Condición de humedad (Seca o verde)- Dimensiones efectivas y Tolerancias
dimensionales- Calidad estructural- Durabilidad natural / Tratamiento
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En específico, las soluciones constructivas de muros perimetrales, muros divisorios, entrepisos y techumbres, están elaboradas para el diseño de edificios de hasta cuatro pisos..
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