Madera laminada encolada

La madera laminada encolada (a menudo abreviada como glulam) es un producto de madera estructural de ingeniería fabricado mediante la unión de capas de madera aserrada con adhesivos estructurales resistentes a la humedad , de manera que la veta de la madera en cada capa sea paralela a la longitud del elemento. Los elementos resultantes se pueden fabricar en una variedad de tamaños y formas, incluyendo elementos rectos y componentes curvos como arcos y marcos utilizados en estructuras de edificios.

En Norteamérica, la madera utilizada para las láminas se conoce comúnmente como madera para laminado (o lamstock). La madera laminada encolada se produce mediante la preparación y clasificación de la madera, la unión de tablas para crear láminas más largas, la aplicación de adhesivo y el prensado de las capas en condiciones controladas, para finalmente dar un acabado a las piezas curadas que cumplan con las especificaciones estructurales y estéticas.

La madera laminada encolada se utiliza en aplicaciones que se benefician de grandes luces y elementos estructurales prefabricados, como sistemas de techos, edificios públicos y puentes, y se fabrica para cumplir con las normas de construcción y de producto establecidas.

Se cree que los principios de la construcción con madera laminada encolada se remontan a la década de 1860, en el salón de actos del King Edward VI College , una escuela en Southampton , Inglaterra. ^{[ 2 ]} La primera patente surgió en 1901 cuando Otto Karl Friedrich Hetzer, un carpintero de Weimar , Alemania, patentó este método de construcción. Aprobada en Suiza, la patente de Hetzer exploraba la creación de una viga recta a partir de varias láminas encoladas. En 1906 recibió una patente en Alemania para secciones curvas de madera laminada encolada. Otros países de Europa pronto comenzaron a aprobar patentes y, para 1922, la madera laminada encolada se había utilizado en 14 países.

La tecnología fue introducida en Estados Unidos por Max Hanisch Sr., quien había estado asociado con la empresa Hetzer en 1906 antes de emigrar a Estados Unidos en 1923. Sin respaldo financiero, no fue hasta 1934 que Hanisch pudo utilizar por primera vez la madera laminada encolada en Estados Unidos. El proyecto, una escuela y gimnasio comunitario en Peshtigo, Wisconsin , tardó en arrancar debido a la dificultad para encontrar fabricantes, pero finalmente la empresa Thompson Brothers Boat Manufacturing Company se hizo cargo del proyecto. Sin embargo, la Comisión Industrial de Wisconsin rechazó los arcos, ya que no tenían experiencia previa trabajando con madera laminada encolada. Se llegó a un acuerdo por el cual los arcos podrían usarse si se combinaban con pernos, tornillos, flejes metálicos y ángulos para reforzar la estructura. Aunque los refuerzos no fueron necesarios, la construcción finalmente comenzó a finales de 1934, con cuatro tramos de arcos de tres articulaciones y luces libres de 20 metros (64 pies). La colaboración para este proyecto dio lugar a la creación de Unit Structures Inc., una empresa constructora de madera laminada encolada propiedad de las familias Hanisch y Thompson.

En 1936, Unit Structures patentó tanto el equipo de conformado utilizado para producir arcos de madera laminada encolada como los propios arcos. Un segundo proyecto, esta vez para el Laboratorio de Productos Forestales (FPL), le brindó a Unit Structures la oportunidad de demostrar la resistencia y rigidez de los elementos de madera laminada encolada a arquitectos e ingenieros. Las pruebas de carga a escala real, realizadas colocando 14,3 toneladas (31 500 lb) de sacos de arena en el techo, superaron las especificaciones de diseño en un 50 %. Las deflexiones observadas también favorecieron al sistema. Si bien los resultados tardaron en publicarse, la prueba permitió a Unit Structures continuar construyendo con madera laminada encolada. En ese momento, los perfiles en I con alma de madera contrachapada y alas de madera laminada encolada se popularizaron en Europa, mientras que los perfiles rectangulares se convirtieron en la norma en Estados Unidos. Los perfiles en I permitieron ahorrar madera, lo cual fue beneficioso para los europeos, ya que tenían altos costos de madera, pero requerían más mano de obra, que era costosa en Estados Unidos. El sistema de madera laminada encolada despertó el interés de los habitantes de la costa oeste y muchas empresas comenzaron a utilizarlo.

En 1942, la introducción de un adhesivo de fenol - resorcinol totalmente resistente al agua permitió el uso de la madera laminada encolada en exteriores sin preocuparse por la degradación de la línea de encolado, ampliando así su mercado de aplicación. Durante la Segunda Guerra Mundial, la construcción con madera laminada encolada se generalizó debido a la necesidad de acero para el esfuerzo bélico. En 1952, los principales fabricantes de madera maciza y de ingeniería unieron fuerzas para crear el Instituto Americano de Construcción en Madera (AITC) con el fin de estandarizar la industria y promover su uso. ^{[ 3 ]} El Departamento de Comercio publicó en 1963 la primera norma de fabricación estadounidense para la madera laminada encolada. Desde entonces, la fabricación de madera laminada encolada se ha extendido por Estados Unidos y Canadá, y también se ha utilizado para otras estructuras, como puentes. La madera laminada encolada está estandarizada según la norma ANSI A190.1. ^{[ 4 ]}

La madera utilizada para producir madera laminada encolada puede llegar a los fabricantes presecada. Se utiliza un medidor de humedad manual o en línea para comprobar el nivel de humedad. Cada pieza de madera que entra en el proceso de fabricación debe tener un contenido de humedad entre el 8 % y el 14 %, de acuerdo con el adhesivo utilizado. ^{[ 5 ]} La madera que supera este umbral se vuelve a secar. Se recortan los nudos en los extremos de la madera seca. A continuación, la madera se agrupa según su grado.

Para crear piezas de madera laminada encolada de mayor longitud que las que se suelen encontrar en la madera aserrada, es necesario realizar uniones en los extremos. La unión más común es la unión dentada , de 28 mm (1,1 pulgadas) de longitud, que se corta en ambos extremos con cabezales de corte especiales. Se aplica una resina estructural, generalmente melamina-formaldehído (MF) o resina PF de curado por radiofrecuencia (RF), a la unión entre tablas sucesivas y se cura bajo presión en los extremos mediante un sistema de curado continuo por RF. Una vez curadas las resinas, la madera se corta a la longitud deseada y se cepilla por ambos lados para asegurar superficies lisas para el encolado.

Una vez cepillada, una extrusora de cola aplica la resina sobre la madera. Esta resina suele ser fenol-resorcinol-formaldehído , pero también se puede usar resina PF o melamina-urea-formaldehído (MUF). Para vigas rectas, la madera resinada se apila siguiendo un patrón específico en una mesa de sujeción donde un sistema mecánico o hidráulico presiona las capas. Para vigas curvas, la madera se apila en forma curva. Estas vigas se curan a temperatura ambiente durante 5 a 16 horas antes de liberar la presión. La combinación de presión con curado por radiofrecuencia puede reducir el tiempo necesario para el curado.

Las caras más anchas de las vigas se lijan o cepillan para eliminar la resina que se ha filtrado entre las tablas. Las caras superior e inferior, más estrechas, también pueden lijarse si es necesario para lograr el aspecto deseado. Las esquinas también suelen redondearse. Las especificaciones estéticas pueden requerir acabados adicionales, como rellenar los nudos con masilla, un lijado más fino y la aplicación de selladores, acabados o imprimaciones. ^{[ 6 ]}

Cuando la madera laminada encolada se introdujo como material de construcción a principios del siglo XX, se utilizaban ampliamente los adhesivos de caseína (que son impermeables pero tienen menor resistencia al corte ). Las uniones con adhesivos de caseína presentaban fallos de desprendimiento debido a las tensiones inherentes de la madera. Los adhesivos de resina sintética de curado en frío se inventaron en 1928. "Kaurit" y otros adhesivos de resina de urea-formaldehído son económicos, fáciles de usar, impermeables y permiten una alta fuerza adhesiva. El desarrollo de los adhesivos de resina contribuyó a la amplia utilización de la construcción con madera laminada encolada. ^{[ 7 ]} Además, hoy en día existe otra técnica para encolar madera verde (con alto contenido de humedad) para fabricar dichos productos laminados. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

El uso de uniones dentadas con madera laminada encolada permitió la producción a gran escala de vigas y columnas de este material. Las uniones dentadas de la madera laminada encolada ofrecen una gran superficie para el encolado. Las máquinas automáticas de unión dentada cortan las uniones puntiagudas, las conectan y las encolan bajo presión, lo que da como resultado una unión fuerte y duradera, capaz de soportar cargas elevadas comparables a las de la madera natural de la misma sección transversal. ^{[ 10 ]}

El control numérico computarizado (CNC) permite cortar madera laminada encolada en formas inusuales con un alto grado de precisión. Las máquinas herramienta CNC pueden utilizar hasta cinco ejes, lo que posibilita procesos de socavado y ahuecado. Las máquinas CNC, de bajo costo, tallan el material utilizando herramientas mecánicas, como una fresadora. ^{[ 11 ]}

Ventajas de utilizar madera laminada encolada en la construcción:

• Tamaño y forma: Al laminar varias piezas de madera más pequeñas para formar un único elemento estructural grande, las dimensiones de los elementos de madera laminada encolada solo están limitadas por el transporte y la manipulación, en lugar del tamaño de un árbol como en el caso de la madera aserrada. Esto también permite el uso de árboles más pequeños cosechados en bosques secundarios y plantaciones, en lugar de depender de bosques primarios . ^{[ 12 ]} La madera laminada encolada también se puede fabricar en una variedad de formas, por lo que ofrece a los arquitectos libertad artística sin sacrificar los requisitos estructurales. ^{[ 13 ]}
• Versatilidad: Debido a que el tamaño y la forma de los elementos de madera laminada encolada pueden ser tan variables, se pueden utilizar tanto como vigas como columnas. ^{[ 13 ]}
• Resistencia y rigidez: La madera laminada encolada (Glulam) tiene una mayor relación resistencia-peso en comparación con el hormigón y el acero. Además, reduce el impacto de los defectos de la madera en la resistencia del elemento, lo que la hace más resistente que la madera aserrada. ^{[ 14 ]}  También se ha demostrado que la madera laminada encolada tiene una mayor resistencia al pandeo lateral-torsional que el acero. ^{[ 15 ]}
• Respetuoso con el medio ambiente: la madera laminada encolada tiene una energía incorporada mucho menor que el hormigón armado y el acero, ya que el proceso de laminación permite utilizarla para tramos mucho más largos, cargas más pesadas y formas más complejas que el hormigón armado o el acero. La energía incorporada para producirla es una sexta parte de la de un acero de resistencia comparable. ^{[ 16 ]} Además, como la madera laminada encolada es un producto de madera, secuestra carbono de forma natural , evitando su liberación a la atmósfera. ^{[ 17 ]} Siempre que la madera utilizada para fabricar los elementos de madera laminada encolada provenga de un bosque gestionado de forma sostenible, la madera laminada encolada es un recurso renovable. ^{[ 18 ]}
• Seguridad contra incendios: Si bien la madera laminada encolada es inherentemente inflamable porque está hecha de madera, si se incendia se forma una capa carbonizada que protege el interior del elemento y, por lo tanto, mantiene la resistencia del elemento durante algún tiempo. ^{[ 19 ]}

• Costo del material: La madera laminada encolada puede ser más costosa que el hormigón bajo cargas axiales elevadas, aunque esto depende de la ubicación y la disponibilidad/abundancia de cada material. ^{[ 17 ]} Si bien las vigas de madera laminada encolada pueden ser más baratas que las vigas de acero HEA en algunos casos, la diferencia no es significativa. ^{[ 15 ]}
• Humedad: La madera laminada encolada, especialmente cuando se utiliza en proyectos de puentes, es susceptible a cambios de humedad que pueden afectar su resistencia. La resistencia a la flexión de la madera laminada encolada expuesta a varios ciclos de humedad/sequedad puede disminuir drásticamente (hasta un 43,5 % en un estudio). ^{[ 20 ]}
• Dimensiones - En comparación con el acero, la madera laminada encolada generalmente requiere elementos de mayor tamaño para soportar la misma carga, aunque las dimensiones de los elementos de madera laminada encolada pueden ser similares a las del hormigón armado. El área de la sección transversal y la altura de los elementos de madera laminada encolada son significativamente mayores que las del acero para realizar la misma función. ^{[ 15 ]} En comparación con el hormigón armado, el tamaño relativo de los elementos de madera laminada encolada depende de la carga aplicada. ^{[ 17 ]}
• Biodegradación - Como producto de madera, la madera laminada encolada (glulam) genera preocupación en cuanto a su biodegradación . En regiones con mayor riesgo, es necesario adoptar medidas para protegerla. ^{[ 21 ]}

Las grandes cubiertas de estadios son una aplicación común para las vigas de madera laminada encolada de gran luz. Entre sus ventajas destacan la ligereza del material y la posibilidad de obtener longitudes considerables y grandes secciones transversales. La prefabricación se emplea invariablemente, y el ingeniero estructural debe especificar los métodos de entrega y montaje de los elementos de gran tamaño en una fase temprana del diseño.

El PostFinance Arena es un ejemplo de techo de estadio deportivo de gran envergadura que utiliza arcos de madera laminada encolada que alcanzan hasta 85 metros. La estructura se construyó en Berna en 1967 y posteriormente se ha renovado y ampliado. El Alumni Coliseum de la Universidad de Eastern Kentucky se construyó en 1963 con los arcos de madera laminada encolada más grandes del mundo, que abarcan 93,967 metros (308 pies 3 pulgadas).+1/2 pulgada  ) .

El techo del Richmond Olympic Oval , construido para las pruebas de patinaje de velocidad de los Juegos Olímpicos de Invierno de 2010 en Vancouver, Columbia Británica , presenta una de las estructuras de madera de mayor envergadura del mundo. El techo incluye 2400 metros cúbicos de madera laminada de abeto Douglas en vigas encoladas. Un total de 34 postes de cedro amarillo laminados sostienen los voladizos donde el techo se extiende más allá de las paredes. ^{[ 22 ]}

La pista de hielo de Anaheim en Anaheim, California, fue construida en 1995 por Disney Development Company y el arquitecto Frank Gehry utilizando grandes vigas de pino amarillo laminado de doble curvatura . ^{[ 23 ]}

La madera laminada encolada se ha utilizado para puentes peatonales, forestales, de carreteras y ferroviarios. Las maderas laminadas encoladas tratadas a presión o las fabricadas con especies de madera naturalmente duraderas son idóneas para la construcción de puentes y estructuras costeras. La madera es naturalmente resistente a la corrosión causada por la sal utilizada para descongelar las carreteras.

Un ejemplo de puente norteamericano construido con madera laminada encolada es el Keystone Wye en las Black Hills de Dakota del Sur, construido en 1967. El puente da Vinci en Noruega, terminado en 2001, está construido casi en su totalidad con madera laminada encolada. El puente peatonal Kingsway en Burnaby, Columbia Británica , Canadá, está construido con hormigón vertido in situ para los pilares de soporte, acero estructural y madera laminada encolada para el arco, una calzada de hormigón prefabricado postensado y barras de soporte de acero inoxidable que conectan el arco con la calzada.

La madera laminada encolada (glulam) se utiliza en la construcción de instalaciones de usos múltiples, como iglesias, escuelas y bibliotecas. La Catedral de Cristo la Luz en Oakland, California , es un ejemplo de ello y emplea glulam para realzar su efecto ecológico y estético. Fue construida en sustitución de la Catedral de San Francisco de Sales , que quedó inutilizable tras el terremoto de Loma Prieta en 1989. El edificio, de 2010 metros cuadrados (21 600 pies² ⁾ y 34 metros de altura (110 pies), con forma de vesica piscis , se construyó con una estructura de vigas de madera laminada encolada y un esqueleto de varillas de acero recubierto de vidrio. En comparación con el método de construcción convencional con pórticos de acero u hormigón armado, esta combinación de glulam y acero se considera una forma avanzada de lograr economía y estética en la construcción. ^{[ 24 ]}

Como alternativa a los robles recién talados, se propuso la madera laminada encolada como material estructural en la aguja de reemplazo de Notre-Dame de Paris , destruida por un incendio en 2019. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

En 2019, la estructura más alta del mundo que empleaba madera laminada encolada era Mjøstårnet , un edificio de uso mixto de 18 pisos en Brumunddal , Noruega. ^{[ 27 ]} En 2022, el edificio Ascent MKE en Milwaukee , Wisconsin, lo superó con 26 pisos, midiendo más de 86 metros de altura. ^{[ 28 ]}

El techo del museo Centre Pompidou-Metz en Francia está compuesto por dieciséis kilómetros de madera laminada encolada que se entrecruzan formando unidades hexagonales. Con una superficie de 8000 m² ^, la geometría irregular del techo, con sus diversas curvas y contracurvas, recuerda a un sombrero chino . ^{[ 29 ]}

En 2005, investigadores de la Universidad de Lund , Suecia, encontraron varios fallos en estructuras de madera laminada encolada en países escandinavos. Concluyeron que los fallos de construcción o los errores de diseño fueron los responsables. ^{[ 30 ]} En enero de 2002, el techo del velódromo Siemens de Copenhague se derrumbó cuando falló una junta entre cerchas de madera laminada encolada en el punto de sus fijaciones con pasadores . ^{[ 30 ]} En febrero de 2003, se derrumbó el techo de un pabellón de exposiciones de nueva construcción en Jyväskylä , Finlandia. Se descubrió que durante la construcción faltaba el número especificado de pasadores en las juntas entre las vigas de madera laminada encolada o que se habían colocado incorrectamente. ^{[ 30 ]}

El colapso del puente Perkolo en Sjoa , Noruega, en 2016 fue causado por un error de cálculo en el diseño de las tensiones en las juntas. ^{[ 31 ]} Después de este incidente, se inspeccionaron trece puentes de carretera construidos con madera laminada encolada, encontrándose solo fallas menores.

El 15 de agosto de 2022, el puente Tretten en Gudbrandsdalen , Noruega, se derrumbó mientras dos vehículos lo cruzaban. Estaba construido con madera laminada encolada y acero, y se había erigido en 2012, con una vida útil prevista de "al menos 100 años". La causa del fallo no fue evidente de inmediato, aunque durante la inspección de 2016 se descubrió que una de las juntas tenía pasadores demasiado cortos. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

• Fibra vulcanizada
• Yo viga
• Masonita
• Tablero de virutas orientadas
• Paralelo
• Tablero de partículas

• Reparación/refuerzo de vigas de madera laminada encolada : un artículo (publicado en la revista STRUCTURE, septiembre de 2006) de Gary W. Gray PE y Paul C. Gilham PE.
• Ingeniería de la Madera Europa Madera Laminada encolada
• Madera laminada encolada del Consejo Canadiense de la Madera