La madera laminada encolada , comúnmente denominada glulam , es un tipo de producto de madera estructuralmente diseñada constituido por capas de madera dimensional unidas entre sí con adhesivos estructurales duraderos y resistentes a la humedad de modo que toda la veta discurra paralela al eje longitudinal. En América del Norte, el material que proporciona las laminaciones se denomina laminating stock o lamstock .
Se cree que los principios de la construcción con madera laminada encolada se remontan a la década de 1860, en la sala de reuniones del King Edward VI College , una escuela en Southampton , Inglaterra. [2] Sin embargo, la primera patente surgió en 1901 cuando Otto Karl Freidrich Hetzer, un carpintero de Weimar , Alemania, patentó este método de construcción. Aprobada en Suiza, la patente de Hetzer exploró la creación de una viga recta a partir de varias láminas pegadas entre sí. En 1906 recibió una patente en Alemania para secciones curvas de madera laminada encolada. Otros países de Europa pronto comenzaron a aprobar patentes y en 1922, la madera laminada encolada se había utilizado en 14 países.
La tecnología fue traída por primera vez a los Estados Unidos por Max Hanisch Sr., quien había estado asociado con la firma Hetzer en 1906 antes de emigrar a los Estados Unidos en 1923. Sin respaldo financiero, no fue hasta 1934 que Hanisch pudo usar por primera vez la madera laminada en los Estados Unidos. El proyecto, una escuela y gimnasio comunitario en Peshtigo, Wisconsin , tardó en comenzar, ya que era difícil encontrar fabricantes, pero finalmente la Thompson Brothers Boat Manufacturing Company se hizo cargo del proyecto. Sin embargo, la Comisión Industrial de Wisconsin rechazó los arcos porque no tenían experiencia previa trabajando con madera laminada. Se llegó a un compromiso en el que los arcos podían usarse si se usaban junto con pernos, tirafondos, flejes de metal y ángulos para reforzar la estructura. Aunque los refuerzos eran innecesarios, finalmente se inició la construcción a fines de 1934 con cuatro tramos de arcos de tres bisagras con luces libres de 20 metros (64 pies). La asociación para este proyecto condujo a la creación de Unit Structures Inc., una empresa de construcción de madera laminada encolada propiedad de las familias Hanisch y Thompson.
En 1936, Unit Structures patentó tanto el equipo de encofrado utilizado para producir arcos de madera laminada encolada como los arcos de madera laminada encolada en sí. Un segundo proyecto, esta vez para el Forest Products Laboratory (FPL), le dio 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 sobre el techo superaron las especificaciones de diseño en un 50%. Las deflexiones observadas también favorecieron al sistema. Si bien los resultados tardaron un tiempo en publicarse, la prueba permitió a Unit Structures continuar construyendo con madera laminada encolada. En ese momento, los perfiles en I con almas de madera contrachapada y alas de madera laminada encolada se hicieron populares en Europa, mientras que los perfiles rectangulares se convirtieron en la norma en Estados Unidos. Los perfiles en I ahorraron madera, lo que fue beneficioso para los europeos, ya que tenían altos costos de madera pero requerían más mano de obra, lo que era caro en los 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 que la madera laminada encolada se pudiera utilizar en entornos exteriores expuestos sin preocuparse por la degradación de la línea de encolado, lo que amplió su mercado de aplicación. Durante la Segunda Guerra Mundial, la construcción con madera laminada encolada se generalizó, ya que se necesitaba acero para el esfuerzo bélico. En 1952, los principales fabricantes de madera maciza e industrial unieron sus fuerzas para crear el Instituto Americano de Construcción en Madera (AITC) para ayudar a estandarizar la industria y promover su uso. [3] El primer estándar de fabricación estadounidense para la madera laminada encolada fue publicado por el Departamento de Comercio en 1963. Desde entonces, la fabricación de madera laminada encolada se ha extendido dentro de los Estados Unidos y Canadá y también se ha utilizado para otras estructuras, como puentes. Actualmente está estandarizado según la Norma ANSI A190.1. [4]
La fabricación de madera laminada encolada se divide normalmente en cuatro pasos: secado y clasificación de la madera, unión de la madera para formar láminas más largas, encolado de las capas y acabado y fabricación. La madera utilizada para producir madera laminada encolada puede llegar a los fabricantes presecada. Se utiliza un medidor de humedad portátil o en la línea de producción para verificar el nivel de humedad. Cada pieza de madera que entra en el proceso de fabricación debe tener un contenido de humedad de entre el 8% y el 14% de acuerdo con el adhesivo utilizado. [5] La madera por encima de este umbral se vuelve a secar.
Los nudos en los extremos de la madera seca se recortan. Luego, la madera se agrupa según la calidad. Para crear longitudes de madera laminada encolada más largas que las que normalmente están disponibles para la madera aserrada, la madera debe estar unida por los extremos. La unión más común para esto es una unión dentada , de 1,1 pulgadas (2,8 cm) de longitud que se corta en cada extremo con cabezales de corte especiales. Se aplica una resina estructural, generalmente melamina formaldehído (MF) o resina PF de curado por radiofrecuencia, a la unión entre tablas sucesivas y se cura bajo presión en los extremos utilizando un sistema de curado por radiofrecuencia continuo. Una vez que las resinas se han curado, la madera se corta a la longitud adecuada y se cepilla por cada lado para garantizar superficies lisas para el encolado.
Una vez cepillada, una extrusora de cola extiende la resina sobre la madera. Esta resina suele ser fenol-resorcinol-formaldehído, pero también se puede utilizar resina PF o resina de melamina-urea-formaldehído (MUF). En el caso de las vigas rectas, la madera resinada se apila en un patrón de disposición específico en una plataforma de sujeción donde un sistema mecánico o hidráulico presiona las capas entre sí. En el caso de las vigas curvas, la madera se apila en una forma curva. Estas vigas se curan a temperatura ambiente durante 5 a 16 horas antes de liberar la presión. La combinación de la presión con el curado por radiofrecuencia puede reducir el tiempo necesario para el curado.
Las caras anchas de las vigas se lijan o cepillan para eliminar la resina que se ha quedado atrapada entre las tablas. Las caras estrechas superior e inferior también se pueden lijar si es necesario para lograr la apariencia deseada. Las esquinas también suelen redondearse. Las especificaciones de apariencia pueden requerir un acabado adicional, como rellenar los agujeros de los nudos con masilla, lijar con mayor precisión y aplicar 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 pegamentos de caseína (que son impermeables pero tienen una resistencia al corte menor ). Las juntas con pegamentos de caseína presentaban fallos de desprendimiento debido a las tensiones inherentes a la madera. Los pegamentos de resina sintética de curado en frío se inventaron en 1928. "Kaurit" y otros pegamentos de resina de urea-formaldehído son económicos, fáciles de usar, impermeables y permiten una alta fuerza adhesiva. El desarrollo de los pegamentos de resina contribuyó al uso generalizado de la construcción con madera laminada encolada. [7]
El uso de juntas dentadas con madera laminada encolada permitió la producción de vigas y columnas de madera laminada encolada a gran escala. Las juntas dentadas de madera laminada encolada proporcionan una gran superficie para el encolado. Las máquinas automáticas de unión dentada cortan las juntas puntiagudas, las conectan y las encolan bajo presión, lo que permite una unión fuerte y duradera, capaz de soportar cargas elevadas comparables a las de la madera natural con la misma sección transversal. [8]
El control numérico por ordenador (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 permite realizar procesos de socavado y vaciado. Las máquinas CNC, que son rentables, tallan el material utilizando herramientas mecánicas, como una fresadora. [9]
Ventajas de utilizar madera laminada encolada en la construcción:
Los techos de estadios de gran tamaño son una aplicación común para vigas de madera laminada de gran envergadura. Las ventajas son el peso ligero del material y la capacidad de proporcionar longitudes largas y secciones transversales grandes. Se emplea invariablemente la prefabricación y el ingeniero estructural debe especificar los métodos de entrega y montaje de los elementos grandes en una etapa temprana del diseño.
El PostFinance Arena es un ejemplo de un estadio deportivo de gran envergadura con arcos de madera laminada encolada de hasta 85 metros de altura. La estructura se construyó en Berna en 1967 y posteriormente se reformó y amplió. El Alumni Coliseum de la Eastern Kentucky University se construyó en 1963 con los arcos de madera laminada encolada más grandes del mundo, que se extienden a lo largo de 93,967 metros (308 pies 3+1 ⁄ 2 pulgada).
El techo del Óvalo Olímpico de Richmond , 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 luz libre del mundo. El techo incluye 2.400 metros cúbicos de madera de abeto Douglas en vigas de madera laminada encolada. Un total de 34 postes de madera laminada encolada de cedro amarillo sostienen los aleros donde el techo se extiende más allá de las paredes. [20]
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 madera laminada de pino amarillo de doble curvatura . [21]
La madera laminada encolada se ha utilizado para puentes peatonales, forestales, de carreteras y de ferrocarril. Las maderas laminadas encoladas tratadas a presión o fabricadas a partir de especies de madera naturalmente durables son muy adecuadas para crear puentes y estructuras costeras. La madera es naturalmente resistente a la corrosión por la sal que se utiliza para descongelar las carreteras.
Un puente de madera laminada encolada en América del Norte 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 moldeado en el lugar para los pilares de soporte, acero estructural y madera laminada encolada para el arco, una plataforma peatonal de hormigón pretensado y varillas de soporte de acero inoxidable que conectan el arco con la plataforma peatonal.
La madera laminada encolada se utiliza para la construcción de instalaciones de usos múltiples, como iglesias, edificios escolares y bibliotecas. La Catedral de Cristo la Luz en Oakland, California , es un ejemplo de ello y utiliza madera laminada encolada para mejorar el efecto ecológico y estético. Se construyó para reemplazar a la Catedral de San Francisco de Sales , que quedó inutilizable después del terremoto de Loma Prieta en 1989. El edificio en forma de vesica piscis de 2010 metros cuadrados (21 600 pies cuadrados) y 34 metros de alto (110 pies) formó el marco con una viga de madera laminada encolada y un esqueleto de varilla de acero cubierto con una piel de vidrio. Teniendo en cuenta el modo convencional de construcción con marco de momento de acero o de hormigón armado, este caso de combinación de madera laminada encolada y acero se considera una forma avanzada de lograr la economía y la estética en la construcción. [22]
Como alternativa a los robles recién talados, se propuso la madera laminada encolada como material estructural en la torre de reemplazo de Notre-Dame de París , destruida por un incendio en 2019. [ 23] [24]
La madera laminada encolada se utiliza ampliamente en instalaciones públicas debido a su capacidad para abarcar grandes espacios sin necesidad de soportes intermedios. Esta cualidad es particularmente beneficiosa para crear interiores abiertos y aireados que sean funcionales y visualmente impactantes. Las cascadas de Lokameru en Salatiga , Indonesia , son una aplicación notable de la madera laminada encolada en la construcción de capillas para bodas. El uso de madera laminada encolada en estas estructuras ofrece varias ventajas:
Atractivo estético : la madera laminada ofrece un aspecto cálido y natural que realza la atmósfera romántica y serena de una capilla de bodas. Las vigas de madera expuestas se pueden transformar en elegantes arcos o patrones intrincados, lo que aumenta el interés visual del espacio.
Resistencia estructural : la alta relación resistencia-peso de la madera laminada permite la creación de espacios amplios y abiertos sin columnas ni otros soportes que puedan obstruir la vista. Esto es especialmente importante en las capillas de bodas, donde es deseable tener una vista sin obstáculos de la ceremonia.
Versatilidad en el diseño : la madera laminada encolada se puede moldear en diversas formas, incluidas curvas y ángulos que la madera maciza tradicional no lograría fácilmente. Esta versatilidad permite a los arquitectos diseñar capillas de bodas únicas e icónicas que se destacan por su belleza arquitectónica.
Sostenibilidad : La madera laminada encolada es un material de construcción sostenible, que suele proceder de bosques gestionados de forma sostenible. Su uso en capillas nupciales se alinea con la creciente tendencia hacia prácticas de construcción respetuosas con el medio ambiente.
En 2019, la estructura más alta del mundo que empleó el uso de madera laminada fue Mjøstårnet , un edificio de uso mixto de 18 pisos en Brumunddal , Noruega. [25] En 2022, el edificio Ascent MKE en Milwaukee , Wisconsin, lo superó con 26 pisos, midiendo más de 86 metros de altura. [26]
La cubierta del museo Centre Pompidou-Metz , en Francia, está formada por dieciséis kilómetros de madera laminada encolada que se entrecruzan formando unidades hexagonales. Con una superficie de 8.000 m2 , la geometría irregular de la cubierta, con varias curvas y contracurvas, recuerda a un sombrero chino . [27]
En 2005, investigadores de la Universidad de Lund , Suecia, encontraron una serie de fallas en las estructuras de madera laminada encolada en los países escandinavos. Llegaron a la conclusión de que los responsables eran fallas de construcción o errores de diseño. [28] En enero de 2002, el techo del estadio del velódromo Siemens en Copenhague se derrumbó cuando una junta entre cerchas de madera laminada encolada falló en el punto de sus fijaciones de pasadores . [28] En febrero de 2003, el techo de una sala de exposiciones recién construida en Jyväskylä , Finlandia, se derrumbó. Se descubrió que durante la construcción faltaba el número especificado de pasadores en las juntas entre las vigas de madera laminada o se habían colocado incorrectamente. [28]
El colapso del puente Perkolo en Sjoa , Noruega, en 2016 fue causado por un error de diseño en el cálculo de las tensiones en las juntas. [29] Después de este incidente, se revisaron trece puentes de carretera construidos con madera laminada encolada, y solo se encontraron fallas menores. [ cita requerida ]
El 15 de agosto de 2022, el puente Tretten en Gudbrandsdalen , Noruega, se derrumbó cuando dos vehículos lo cruzaban. Estaba construido con madera laminada encolada y acero y se había erigido en 2012, con una vida útil de "al menos 100 años". La causa de la falla no fue evidente de inmediato, aunque durante la inspección de 2016 , se encontró que una junta tenía pasadores demasiado cortos. [30] [31] [32]
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