La MADERA es un material anisotrópico por excelencia. Su comportamiento, como en el caso del ACERO, es bueno ante situaciones que originen COMPRESION, TRACCION, FLEXION O CORTE.
Es un material cuya performance estructural compite en cierta medida con el ACERO, y deja muy atrás los valores del HORMIGÓN.
El tema es que esta capacidad de soportar estados de tensión variados, dela Madera, se modifica sensiblemente con diversos factores.
La función básica de una material destinado a la construcción de edificios es su aptitud estructural. Esto es hacer edificio, edificar, algo así como “apilar materiales” que mantengan su equilibrio a partir de las deformaciones que origina el sistema de fuerzas que actúan en los mismos (incluyendo su propio peso).
Para entender el funcionamiento estructural de la madera, debemos remitirnos a la explicación del comportamiento de los materiales cuando están sometidos a la acción de fuerzas.
Tal vez en nuestra cultura del Hormigón Armado, esto sea más necesario, en la medida que el enfoque del funcionamiento de este material no se explicita siempre la base de protocolos que lo sustenta. Diríamos que esto pasa siempre con los valores dominantes de una cultura.
El termino TENSIÓN predominando sobre DEFORMACIÓN, tal vez sea la mejor síntesis.
Deformación por flexión
Pongamos entonces sobre el tapete, que el problema básico de las deformaciones originadas en los materiales por los esfuerzos que se desarrollan en la misma, ESLA FLEXIÓN.
Esta es la situación dominante en la construcción de los edificios, en tanto que es la situación de cualquier superficie plana, horizontal o inclinada, necesidad para nuestras cubiertas o los entrepisos.
Hasta las últimas décadas del siglo XVIII, la madera fue el único material que se encontraba en cantidad suficiente y apropiada para techos, entrepisos, y diversos elementos estructurales. Esto expresa la capacidad de asumir deformación por flexión importante sin colapsar.
Entremos al tema. Nos preguntamos cuales son las variables significativas de los materiales de construcción, con uso estructural dominante.
El módulo de elasticidad
La tensión de trabajo
El peso especifico
Al módulo de elasticidad nos indica cuanto más o menos rígido es un material estructural. Como solemos decir es como el DNI del material.
Lo mismo podríamos decir de la tensión (tal vez el más popular de estos términos). Es la capacidad de trabajo del material dentro de ciertos límites establecidos.
La pregunta que nos podríamos formular es ¿por qué introducir el peso específico? (el Pe), del que muchas veces no tenemos mucha idea, al cual le damos poca importancia.
Pasa que la mayoría de las cargas gravitacionales que debe soportar la estructura de nuestro edificio, se originan en la materialidad del mismo edificio.
Como dato aproximativo, en una construcción tradicional de estructura de hormigón y mampostería de cerramiento, el peso del edificio se ubica habitualmente en el 70 / 80 % del total del peso en uso.
Pero más aún. De ese altísimo porcentaje de participación de la materialidad de la caja arquitectónica, en las fuerzas que debe soportar la estructura, la misma estructura aporta entre un 70 / 80 %, de este peso. Es como decir que el 50% de las secciones de las estructuras son necesarias para soportar la propia estructura.
Comparemos los parámetros básicos.
| hormigón armado |
=2.400 Kg. / m3 |
| maderas (promedio) |
= 600 Kg. / m3 |
Esta primera comparación nos está dando que la madera pesa (en promedio)
VEINTICINCO POR CIENTO (25 %) DEL HORMIGÓN ARMADO
Pero allí no termina la historia.
Por sus características materiales el hormigón solo toma en forma adecuada la deformación de compresión. De hecho esta es la historia del hormigón armado que asociándolo con el acero le dio la capacidad de absorber esfuerzos de flexión.
Todos sabemos aquello del eje neutro, y que en función de su ubicación determina que en promedio solo la tercera parte de la altura de la pieza está tomando tensiones. Significa que debemos colocar dos terceras partes del volumen solo como relleno y nexo entre ambos materiales (hormigón y acero)
Esto nos lleva a un valor más impactante: la relación entre los pesos específicos efectivos de los dos materiales es de 12, esto es:
OCHO POR CIENTO (8 %) DEL HORMIGÓN ARMADO
Como en el caso del peso específico, comparemos los valores habituales dela Tensión Admisible, o de trabajo para uno y otro material.
| hormigón armado |
= 40 / 50 /60 kg/cm2 |
| maderas |
= 80 / 100 /120 kg/cm2 |
Sin entrar en apreciaciones de detalle, surge de esta relación, que la resistencia promedio de la madera (a la flexión – compresión y tracción en el sentido de las fibras) es el doble de la del hormigón.
Si extraemos los valores sobre el módulo de elasticidad (en kg/cm²) de maderas y hormigones podemos concluir con:
| Maderas duras (en la dirección paralela a las fibras) |
100.000 – 225.000 |
| Maderas blandas (en la dirección paralela a las fibras) |
60.000 – 110.000 |
| Hormigones de resistencia característica |
|
| 110 kg/cm2 |
215.000 |
| 130 kg/cm2 |
240.000 |
| 170 kg/cm2 |
275.000 |
Cuáles pueden ser las conclusiones de estos dos cuadros:
-que el hormigón es tan deformable (flexible) como algunas maderas duras.
-que el hormigón duplica (y aún más) en rigidez a las maderas blandas.
-que la diversidad de los módulos de elasticidad en la madera entre puntas supera el valor tres (3).
Ya tenemos los tres parámetros
Un material como la madera cuyo peso específico efectivo es menos del 10 % del hormigón, y de allí las cargas (gravitacionales) que actuarán en la estructura.
Un material como la madera cuya resistencia promedio es el doble del hormigón
Un material como la madera cuyo módulo de elasticidad (muy variable!!), puede llegar a ser equivalente al del hormigón, en algunas especies, y la mitad o aún menos en otras.
Quede claro que la madera, al contrario de la creencia popular, es un material que supera a los hormigones habitualmente empleados en obras de pequeña y mediana escala.
Si bien en el caso del hormigón, su módulo de elasticidad es superior al de las maderas empleadas actualmente en la construcción (básicamente pinos y eucalyptus), dada su liviandad la madera presenta una mejor relación entre las cargas que debe soportar y su resistencia estructural.
Comparación de costos:
Características de las estructuras analizadas:
1) Cubierta plana con estructura de hormigón armado de 3.5x7m:
Losas armadas en dos direcciones (3.5×3.5m). Espesor 9cm
Vigas de 30 x 15cm
Aislación térmica con 20mm depoliestireno expandido
Contrapiso para pendiente. Espesor promedio 10cm
Carpeta de alisado
Membrana asfáltica como aislación hidrófuga.
2) Cubierta de madera
Estructura de vigas de madera laminada encolada de 3×8”
Subestructura con viguetas de 2×3” en pino resinoso
Cieloraso con multilaminado fenólico de 12mm calidad III-IV
Correas de 2×4
Aislación térmica de 50mm de lana de vidrio
Cubierta de chapa sinusoidal
1) Costo por m2cubierta de hormigón: $550 a$600
2) Costo por m2 cubierta de madera: $450 a $ 500
Aproximadamente un 20% más económica en el caso de la alternativa de madera.
Otra ventaja a destacar son los tiempos de obra.
La cubierta de madera puede materializarse (24.5m2) en aproximadamente 4 días con un equipo de 4 personas.
El peso de la misma es de aproximadamente 50kg/m2 de peso propio
En el caso del hormigón, los tiempos de fraguado del mismo requieren de al menos un mes para la ejecución de la cubierta.
El peso de la misma es de aproximadamente 400 kg/m2.
Otro dato de comparación.
Tomemos este otro caso. Tres estructuras de igual superficie y con similar capacidad de carga.
1) Compuesta con vigas y columnas de acero con losas pretensadas de hormigón
2) Compuesta por columnas, vigas y losas de hormigón ejecutadas In Situ.
3) Compuesta por columnas y vigas de madera con multilaminado fenólico y contrapiso húmedo de hormigón liviano.
Podemos ver claramente que no solamente en la alternativa en madera hay una muy importante disminución de los pesos. Esto significa una menor cantidad de materiales a producir y transportar.
También, y no es un dato menor, es la alternativa que menor cantidad de kg de CO2 incorpora en la atmosfera en la producción de los materiales. Es decir la menos contaminante.