Propiedades de la Madera

Propiedades Físicas

• Contenido de Humedad: El agua en la madera puede presentarse de tres formas:
  • Agua de Constitución: Forma parte intrínseca de la madera; su eliminación destruye el material.
  • Agua de Impregnación: Se encuentra en las paredes celulares y está en equilibrio con el ambiente. El punto de saturación es del 30%. Afecta las propiedades físico-mecánicas: menor humedad, mayores propiedades mecánicas (excepto tenacidad y resistencia al choque, que disminuyen).
  • Agua Libre: Llena las cavidades celulares. Afecta principalmente la densidad aparente, pero no significativamente las propiedades físicas y mecánicas.
• Higroscopicidad: La madera intercambia vapor de agua constantemente con la atmósfera circundante.
• Densidad: Relación entre masa y volumen, referida a un contenido de humedad específico (generalmente 12%).
• Dureza: Resistencia a la penetración de cuerpos extraños, relacionada con la densidad.
• Conductividad Térmica: Baja, debido a la escasez de electrones libres y la porosidad (presencia de aire).
• Aislamiento Acústico: Un espesor de 35 cm de madera ofrece un aislamiento de 15-16 dB(A) (bajo).

Propiedades Mecánicas y Comportamiento ante el Fuego

Factores que Influyen en las Propiedades Mecánicas

• Contenido de Humedad: La resistencia disminuye al aumentar la humedad.
• Duración de la Carga: La resistencia decrece con el aumento del tiempo de carga. Los ensayos normalizados duran 35 minutos.
• Calidad de la Madera: Evaluada según los defectos presentes.
• Fatiga: La madera es muy resistente a la acción cíclica de las cargas.
• Temperatura: Su efecto en la resistencia es mínimo.

Pirólisis de la Madera

Al exponerse al calor, la humedad de la madera disminuye. A partir de 270°C, desprende vapores susceptibles de arder. La pirólisis descompone la madera en gases. La ignición ocurre alrededor de los 400°C si no está en contacto directo con la llama.

Zona Carbonizada

Posee una alta capacidad aislante (6 veces superior a la madera), manteniendo el interior a menor temperatura y conservando sus propiedades físico-mecánicas.

Resistencia al Fuego

Se evalúa mediante:

• R (Capacidad Portante): Soporte estructural sin pérdida de estabilidad ante el fuego.
• E (Integridad): Capacidad de un elemento separador para impedir el paso de llamas o gases calientes.
• I (Aislamiento): Capacidad de un elemento separador para limitar la temperatura en la cara no expuesta al fuego.

Ignifugación de la Madera

Los tratamientos ignifugantes aumentan la resistencia al fuego. No evitan la carbonización, cuyo espesor es similar en piezas tratadas y sin tratar.

• Mecanismos de Actuación:
  • Funden y recubren partículas de madera, evitando la penetración de oxígeno y la formación de gases inflamables.
  • Descomponen liberando sustancias que reducen la inflamabilidad (agua, gases no combustibles).
  • Forman espuma (pinturas y barnices intumescentes) que aumenta su volumen y libera gases no combustibles.
  • Colaboran en la carbonización para incrementar el aislamiento.
  • Forman una película superficial que evita el contacto con el oxígeno.
• Procedimientos de Aplicación:
  • En profundidad: Inmersión en caliente o en autoclave.
  • Superficial: Barnices, pinturas intumescentes, sales orgánicas disueltas en agua.

Agentes y Protección

Agentes Abióticos

• Humedad: Provoca hinchazones y mermas por debajo del 30% de saturación de fibra, pudiendo causar daños si no se prevén los movimientos. Es indispensable para la vida de muchos organismos.
• Insolación: Los rayos UV degradan la lignina, causando decoloración (fotodegradación) y un color grisáceo. Con el tiempo, el viento y la lluvia producen desfibrado superficial (meteorización).
• Cambios Bruscos de Temperatura: Generan dilataciones y contracciones que pueden causar fisuras. Estas fisuras facilitan la penetración de agentes bióticos, acelerando el deterioro.
• Fuego: La madera es combustible. Su baja conductividad térmica y la carbonización superficial retrasan la combustión y conservan sus propiedades resistentes. Su dilatación térmica es despreciable.

Agentes Bióticos

• Hongos Cromógenos y Mohos: Causan azulado y enmohecimiento, afectando principalmente la estética y acabados, ya que se alimentan de sustancias de reserva, no de la pared celular.
• Hongos de Pudrición: Son organismos parásitos o saprófitos que biodegradan la madera muerta, descomponiendo celulosa, hemicelulosa y lignina.
• Insectos de Ciclo Larvario: Las larvas excavan galerías en la madera, alimentándose de ella. El ciclo incluye puesta de huevos, desarrollo larvario, pupación y emergencia del adulto.
• Insectos Sociales: Viven en colonias organizadas (termitas).
• Xilófagos Marinos: Invertebrados marinos (moluscos, crustáceos) que dañan la madera en aplicaciones marinas.

Protección frente a Agentes Abióticos

• Productos de Acabado: Deben permitir la regulación de humedad, adaptarse a cambios dimensionales y proteger contra la fotodegradación.
• Aceites y Saturadores: Impregnan la superficie, mejorando estabilidad y aspecto estético.
• Lasures: Acabados a poro abierto que permiten el intercambio de vapor de agua.
• Acabados Filmógenos Translucidos: Forman una película elástica y permeable al vapor de agua (mínimo 30 micras).
• Acabados Filmógenos Opacos: Ricos en pigmentos, protegen contra la fotodegradación y ofrecen mayor durabilidad, ocultando la veta.

Protección frente a Agentes Bióticos

La eficacia del tratamiento se basa en la penetración y retención del producto protector.

• Clases de Penetración (según norma):
  • NP1: Ninguna.
  • NP2: Al menos 3 mm en caras laterales (albura).
  • NP3: Al menos 6 mm en caras laterales (albura).
  • NP4: Al menos 25 mm en caras laterales.
  • NP5: Penetración total en albura.
  • NP6: Penetración total en albura y al menos 6 mm en duramen expuesto.

Sistemas Constructivos de Madera

Entramado Ligero

• Tipo Globo (Balloon Frame):
  • Sistema original con montantes continuos en toda la altura.
  • Viguetas de forjado se clavan directamente al montante.
  • Más complejo de ejecutar y menos prefabricable.
  • Peor comportamiento frente al fuego por mayor continuidad entre plantas.
  • Encuentro directo muro-cimentación.
  • Erección compleja, armando entramados simultáneamente.
• Sistema de Plataforma (Platform System):
  • Derivado del anterior.
  • Plataformas de montantes/viguetas y cerramiento de tablero estructural.
  • Plataformas constituyen muros y forjados; altura de montantes coincide con altura de piso.
  • Mejor para prefabricación.
  • Mejor comportamiento frente al fuego por mayor estanqueidad entre plantas.
  • Encuentro con cimentación a través del primer forjado.
  • Erección simple, elevando plataformas consecutivamente arriostradas.

Entramado Pesado

• Sistema Aporticado: Conjunto de pórticos rígidos, autoportantes, independientes de cerramientos.
• Sistemas de Nudos Rígidos: Arriostramiento por rigidez de nudos, sin triangulaciones.
• Sistema Entramado: Elementos portantes verticales, horizontales y diagonales formando una armadura estable. Pies derechos muy juntos, riostras cubren paños completos y trabajan como muros.

Propiedades de los Metales

• Maleabilidad: Capacidad de transformarse en lámina sin rotura.
• Ductilidad: Capacidad de estirarse en hilos.
• Tenacidad: Resistencia a la rotura por tensión.
• Fragilidad: Propensión a romperse por choque o cambios bruscos de temperatura, con mínima deformación previa.
• Forjabilidad: Capacidad de modificar la forma mediante la temperatura.
• Soldabilidad: Capacidad de unir piezas para formar un solo cuerpo.
• Temple: Adquisición de dureza extraordinaria en el acero por calentamiento y enfriamiento brusco.
• Oxidación: Reacción con el oxígeno del aire. Algunos metales (cobre, aluminio) forman capas protectoras; otros (hierro) se destruyen.
• Corrosión: Reacción del oxígeno disuelto en soluciones acuosas.
• Anodizado: Proceso químico para crear artificialmente una capa de óxido protectora.
• Lacado: Revestimiento orgánico o pintura.

Ventajas y Desventajas del Acero

• Ventajas:
  • Menor ocupación espacial.
  • Fácil y rápida ejecución.
  • Menor dependencia climática que el hormigón.
  • Menor peso.
  • Alta tecnología de fabricación y control de calidad.
  • Posibilidad de modificaciones y estructuras desmontables.
  • Facilidad de recuperación y reciclaje.
  • Elevadas resistencias y buen comportamiento plástico.
• Inconvenientes:
  • Mayor coste en obras pequeñas/medianas.
  • Dificultad para uniones rígidas.
  • Pandeo y abollamiento en piezas comprimidas.
  • Limitaciones de forma.
  • Elevado coeficiente de dilatación.
  • Mal comportamiento ante el fuego.
  • Facilidad de corrosión.

Acero Corten

Acero con alta resistencia a la corrosión atmosférica gracias a una capa de óxido superficial impermeable. Contiene cobre, cromo y níquel, dándole un color rojizo anaranjado característico. Mayor resistencia a altas temperaturas y soldable. Evitar acumulación de agua y aplicar imprimación antioxidante si está sumergido.

Corrosión

• Definición: Deterioro de un material por interacción con el ambiente.
• Oxidación Directa: Combinación de átomos metálicos con sustancias agresivas, formando productos adheridos a la superficie. Puede generar películas protectoras. Agentes: oxígeno, cloro, azufre, etc.
• Corrosión Electroquímica: Ataque por un agente corrosivo en presencia de un electrolito (sustancia con iones libres, ej. agua de mar).
• Par Galvánico: Corrosión que ocurre al juntar metales diferentes o conectados eléctricamente. El metal más electronegativo (ánodo) se corroe, el menos electronegativo (cátodo) no.

Tratamientos de Protección Metálica

• Electrodeposición (Galvanizado): Proceso eléctrico donde un metal actúa como ánodo y se deposita sobre el cátodo (metal a proteger). Ejemplos: galvanizado (zinc), niquelado, cobreado, estañado.
• Protección Catódica: Se fuerza al metal a comportarse como cátodo suministrándole electrones. Se usa un “ánodo de sacrificio” que se corroe. Necesita un electrolito (agua). Común en tuberías enterradas.

Tratamientos de Protección contra el Fuego

• Pinturas Intumescentes: Aumentan su volumen (10-1000 veces) al calentarse, formando una masa carbonosa aislante con baja transmisión térmica.
• Morteros/Pinturas Ignífugos: Desarrollados a base de ligantes hidráulicos y áridos ligeros (perlita, vermiculita). No tóxicos, desprenden solo vapor de agua al calentarse.

Soldaduras

Proceso para unir metales iguales o análogos, obteniendo continuidad en la distribución de tensiones.

• Formas de Soldadura:
  • Por Fusión: Cierre del espacio entre piezas con material de aporte tras la fusión.
  • Por Compresión: Unión de piezas previamente fundidas por contacto o compresión.
• Tipos de Soldadura:
  • Oxiacetilénica: Calor por combustión de acetileno en oxígeno. Unión de chapas delgadas.
  • Gas de Agua: Calor por combustión de mezcla aire-gas de agua.
  • Eléctrica por Resistencia: Unión de bordes a tope mediante presión. Estructuras tubulares, muebles.
  • Eléctrica por Resistencia con Recubrimiento: Para láminas delgadas, en cordón continuo o por puntos.
  • Eléctrica por Arco con Electrodo: La más usada. Calor del arco entre pieza y electrodo.
  • Manual por Arco Descubierto con Electrodo Revestido: Arco eléctrico funde electrodo y piezas, depositando material en la junta.
  • Por Resistencia: Piezas enfrentadas, corriente eléctrica funde bordes que se unen por presión.
  • Por Puntos: Similar a la anterior, pero la soldadura se produce en puntos aislados.
  • Eléctrico Automático por Arco Sumergido: Alambre-electrodo fusible desnudo aportado continuamente. Fundente en polvo.
  • Eléctrico Semiautomático/Automático por Arco en Atmósfera Gaseosa: Gas de protección (argón, helio) concéntrico al electrodo.
• Condiciones de Soldadura:
  • Piezas unidas y fijas.
  • Superficie regular y lisa.
  • Electrodo en la bisectriz del cordón.
  • Control de deformaciones (especialmente en chapas finas).
  • Orden de aplicación de capas y cordones para compensar acciones.
  • Inicio de cordones según longitud.
  • Prioridad a soldaduras transversales si se cruzan.

Anclajes y Forjados Metálicos

Anclaje de Chapas de Reparto

Transmiten esfuerzos de tracción y tangenciales.

• Adherencia tornillo-hormigón: Para pequeñas cargas, requiere grandes longitudes de anclaje.
• Anclaje en gancho: Mejora el anterior, pero también necesita longitudes grandes.
• Anclajes a redondos o perfiles empotrados: Para cargas importantes.

Forjados Metálicos

• Forjado Colaborante:
  • Elementos: Chapa grecada (encofrado), conectores, malla electrosoldada (reparto), hormigón.
  • Cualidades: Bajo peso propio, poco espesor, simplificación de mano de obra (sin encofrado), transmite esfuerzos de viento.

• Forjados de Emparrillado Metálico: Entramado ortogonal de acero (barras entregiradas o pletinas).
• Forjado de Losa con Encofrado Metálico Expandido: Chapas expandidas actúan como encofrado para losas continuas de 3-5 cm de espesor.