Referencia: PPT madera clm 2
Introducción a la Madera Contralaminada (CLT)
Este documento detalla aspectos clave relacionados con la fabricación y las propiedades de la madera contralaminada (CLT), un material innovador en la construcción.
Logística de Transporte de Componentes
La logística para el transporte de los componentes de madera contralaminada puede variar significativamente:
Transporte Pesado:
- Permiso de transporte muy engorroso.
- Requiere escolta policial.
- Alto costo de transporte.
Transporte Liviano:
- Sin permiso.
- Sin escolta policial.
- Facilidad para conseguir camiones de estas características.
El Corte Biselado: Oculta las Separaciones entre Piezas
El corte biselado es una técnica esencial para lograr uniones estéticas y funcionales en los paneles de madera contralaminada, disimulando las juntas entre piezas.
Definición y Terminología de la Madera Contralaminada (CLT)
Los términos para la madera contralaminada difieren según los países. En algunos se utilizan los términos “paneles contralaminados” o “tableros CLT”, mientras que en otros se ha impuesto el concepto “XLAM”.
La abreviatura en alemán BSP (Brettsperrholz, paneles de madera contralaminada) o CLT (por sus siglas en inglés: Cross-Laminated Timber) es un concepto superior empleado en el sector de la construcción para designar tableros de madera maciza compuestos de varias capas de tablas, por lo general, dispuestas en ángulo recto, colocadas de forma plana en cruz una sobre otra.
En España se denominan con las siglas TCL (iniciales de Tablero Contralaminado), en francés Panneaux de Bois Massif y en alemán como Brettsperrholz (BSP).
La Madera Laminada Cruzada (CLT) es un panel de madera que típicamente consta de tres, cinco o siete capas de madera de construcción de dimensión orientada en ángulos rectos entre sí y luego pegada para formar paneles estructurales con resistencia excepcional, estabilidad dimensional y rigidez. El CLT se puede fabricar a dimensiones personalizadas y los tamaños de los paneles varían según el fabricante, mientras que la longitud está generalmente limitada por restricciones de transporte.
Ventajas de la Madera Laminada Cruzada (CLT)
La implementación de la madera laminada cruzada (CLT) en proyectos de construcción ofrece múltiples beneficios:
- Precisión Constructiva: Alta exactitud en las dimensiones y formas.
- Planificación Obligada: Requiere una planificación detallada y rigurosa.
- Industrialización Obligada: Fomenta procesos de fabricación industrializados.
- Control de Proceso y Producto en Fábrica: Asegura la calidad desde el origen.
- Rapidez de Montaje: Permite un montaje rápido (al menos un 40% más rápido en seco).
- Desarrollo Paralelo Fábrica y Obra: Posibilita la fabricación de CLT y las obras civiles de forma simultánea.
- Instalaciones de Especialidades en Fábrica: Integración de instalaciones eléctricas, sanitarias y otras directamente en fábrica.
- Terminación Final Propia del Material: Acabado estético inherente a la madera.
Proceso de Fabricación de Paneles de Madera Contralaminada (CLT)
La madera contralaminada (CLT) fue desarrollada por primera vez en Austria y Alemania como un producto de madera innovador, que con el tiempo ha ido ganando popularidad tanto en aplicaciones residenciales como no residenciales. Hoy en día existe un número importante de productores de CLT en Europa. Durante mucho tiempo los progresos en esta área fueron lentos, hasta que a inicios del 2000 la construcción en CLT aumentó significativamente, impulsada por una parte por el movimiento de “construcción verde”, y por otro lado debido a la mejora en la eficiencia del proceso y en el marketing y canales de distribución. Otro factor importante fue el cambio en la percepción general, que sostenía que el CLT era un material ligero de construcción que no se encontraba a la par del hormigón armado o la albañilería, los cuales han sido desde hace algún tiempo ampliamente usados en el mundo. La experiencia europea indica que el CLT es un tipo de construcción competitiva, sobre todo en estructuras de mediana y gran envergadura.
Para la fabricación del CLT, primeramente se selecciona y clasifica la madera mecánicamente, luego debe ser agrupada según la clasificación realizada.
La madera agrupada debe ser cepillada para proceder a formar las piezas necesarias que permiten obtener el elemento deseado. Para lograr la longitud requerida y para eliminar nudos, en caso de ser necesario, se usan uniones tipo endentadas (finger-joint).
Cuando ya se logran las piezas deseadas, se procede a pegar tres o más láminas de madera colocadas en una prensa. Las primeras láminas deben colocarse de forma longitudinal a esta, topadas de canto, y luego se debe aplicar pegamento en las caras de las láminas para así montar una segunda capa de láminas que deberá colocarse de forma transversal a la prensa.
A continuación, se realiza una descripción de los recursos y del proceso (de manera cronológica), que detalla los procedimientos y métodos empleados para la fabricación de paneles de madera contralaminada utilizando pino radiata cultivado en Chile.
Recursos Empleados
Madera Aserrada
La especie utilizada en la fabricación de los paneles de madera contralaminada fue pino radiata estructural, denominada MSD de Arauco S.A., madera seca cepillada y clasificada mecánicamente, especialmente indicada para usos estructurales. En la Tabla 4.1 (referencia externa, se mantiene), se muestran las características principales de la materia prima, destacando las dimensiones y el grado estructural.
Adhesivo
El elemento de unión empleado en la fabricación de los paneles de madera contralaminada fue un adhesivo especialmente recomendado para madera, denominado Prefere 6151, que se utiliza siempre con el endurecedor Prefere 6651. Por lo tanto, es un sistema adhesivo de dos componentes basado en una emulsión de polímero y un isocianato (Adhesivo EPI). Se utiliza para el pegado de madera con madera y está recomendado para una amplia gama de especies de madera. Prefere 6151 proporciona encolados con excelentes resistencias al agua y temperatura, además de largos tiempos de servicio. El sistema es flexible y puede ser utilizado en un amplio rango de aplicaciones y es libre de formaldehído, lo que cumple con la condición de sustentabilidad. Esto implica, además, que se reduce la posibilidad de crecimiento de hongos en las interfaces.
Requisitos Generales del Adhesivo
Almacenamiento
La resina debe ser protegida del congelamiento y puede ser almacenada por seis meses a la temperatura recomendada (15-25°C). El catalizador no debe ser almacenado bajo los 10°C y puede ser almacenado 1 año a la temperatura recomendada (10-35°C). Además, es necesario proteger el endurecedor de la humedad debido a que reacciona y pierde eficiencia, produciendo también CO2. Durante su almacenamiento, el envase debe estar debidamente cerrado y, cuando se encuentre en producción, debe instalarse un filtro que absorba la humedad.
Preparación de la Mezcla
Antes de ser aplicado, la resina debe ser mezclada con el endurecedor o catalizador en la proporción ya expuesta; en este procedimiento es probable que se produzca espumación.
Tiempo de Uso
Se define como la cantidad de tiempo disponible una vez realizada la mezcla para ser aplicado el adhesivo. Para el adhesivo en particular, el tiempo de uso es de 45 minutos, para temperaturas entre 5 y 20°C. Si no se respeta el tiempo de uso, la cantidad de la línea de cola será reducida y la resistencia a la humedad de la unión será afectada.
Tiempo de Ensamble
Se define como la cantidad de tiempo que transcurre entre la aplicación del adhesivo y la aplicación de la presión de prensado.
Se subdivide, además, en el tiempo abierto (desde la aplicación del adhesivo hasta que se arman los elementos) y el tiempo cerrado (desde que se arman los elementos hasta que se aplica la presión). El tiempo abierto debe ser lo más corto posible, 5 minutos o menos. El tiempo máximo de ensamble depende de ciertos factores como la especie, la dosificación, la temperatura, la humedad relativa y la circulación de aire.
Mientras más baja es la dosificación, más alta la temperatura y más seco el ambiente, más corto será el tiempo de ensamble. Un tiempo de 40 minutos a condiciones normales de temperatura y humedad es razonable.
Dosificación
Para la producción de elementos laminados se recomienda una dosificación de 175-400 g/m².
Presión
La presión requerida se recomienda de 8 a 12 kgf/cm².
Tiempos de Prensado
El tiempo de prensado recomendado depende de la temperatura que se aplica a los elementos.
Fraguado por Radiofrecuencia
Se recomiendan campos de fuerza de aproximadamente 2 W/cm² por línea de adhesivo. El generador debe ser apagado a 2/3 del tiempo total de prensado.
La línea de cola al momento de retirar debe tener aproximadamente 50°C.
Limpieza
El endurecedor no debe ser mezclado con agua. Para la limpieza del endurecedor, se recomiendan solventes especiales. Tanto el endurecedor como el adhesivo cristalizado son insolubles y se deben remover mecánica y cuidadosamente. La limpieza del adhesivo y la mezcla es más fácil con agua tibia. El agua utilizada en la limpieza queda contaminada y no debe ser desechada al drenaje público, considerándose un desecho tóxico. Es importante mencionar que todas las disposiciones expuestas en este ítem, respecto del uso de adhesivo (tiempo de fraguado, temperatura, presión de prensado y dosificaciones), corresponden a recomendaciones del fabricante y proveedor del mismo.
Maquinaria de Fabricación
Máquina Cepilladora
La máquina cepilladora se utilizó para establecer uniformidad entre todas las piezas de los paneles a fabricar. Para ello, se cepillaron tanto sus caras como sus cantos, teniendo el cuidado de lograr el dimensionamiento final de los paneles. Cabe destacar que el cepillado de la madera se realizó una vez cortadas las piezas de 4 m en piezas de 2,40 m y piezas de 1,20 m. Al manejar esta máquina se recomienda utilizar antiparras y mascarilla, ya que las partículas en suspensión son abundantes.
Maquinaria de Prensado y Radiofrecuencia
En esta maquinaria se ingresaron las piezas de las capas para ser prensadas y luego aplicar radiofrecuencia para el fraguado del adhesivo. De igual manera, se ingresaron las capas para formar los paneles. Para ello, la maquinaria dispone de una serie de elementos de control, situados en dos paneles de control diferentes, que regulan ciertos parámetros. La presión vertical, la presión lateral, la potencia, la temperatura y el tiempo de aplicación de radiofrecuencia fueron algunas de las variables que se podían manejar al momento de manipular esta maquinaria.
Máquina de Fabricación de Unión Endentada (Fresadora)
En esta máquina se fabricaron las uniones endentadas de las piezas que lo requerían. Para ello, se deslizan las piezas a través de la bandeja de apoyo para, finalmente, realizar la unión endentada pasando un extremo de la pieza por la fresa de la máquina.
Máquina Prensa de Unión de Extremos
La máquina de unión de extremos aplica presión y une las piezas endentadas en sus extremos.
Máquina Clasificadora de Madera (E-Grader)
Esta máquina (E-Grader), de origen neozelandés, permite realizar una medición directa del módulo de elasticidad de las piezas de madera. La E-Grader permite determinar el módulo de elasticidad en flexión de piezas de madera aserrada, mediante la aplicación de una carga puntual en el centro de una viga simplemente apoyada.
Pasos del Proceso de Fabricación
Clasificación Visual
Se debe chequear visualmente las piezas en búsqueda de desperfectos en las superficies, como nudos o grietas. Esto se realiza para, en caso de ser posible, eliminar ciertas partes de la madera que presenten posibles puntos o planos de falla. La clasificación visual se realizó siguiendo los procedimientos y especificaciones expuestos en la NCh1207.Of2005: Pino radiata – Clasificación visual para uso estructural – Especificaciones de los grados de calidad.
Clasificación Mecánica
Se debe determinar el módulo de elasticidad en flexión de cada una de las piezas (por ambas caras), de manera tal que se pueda hacer un ordenamiento según la magnitud del módulo de elasticidad. Este módulo de elasticidad de la madera corresponde a la rigidez de la pieza y se puede determinar de las siguientes maneras (para ambas se suponen condiciones de apoyo similares).
Pre-ordenamiento de Piezas
Una vez realizada la clasificación mecánica de las piezas originales de 4 m, se procede a realizar un pre-ordenamiento de piezas (ordenadas según su módulo de elasticidad).
Dimensionamiento de Piezas
Luego de realizada la conformación previa de probetas (de manera digital), se debe realizar el corte transversal de las piezas originales para que alcancen las dimensiones requeridas en cada una de las capas, ya sea 125 cm o 245 cm.
Ordenamiento de Piezas
Una vez obtenidos los grupos y dimensionamiento de las piezas, se procede a idealizar la conformación de probetas, es decir, destinar previamente las piezas que irán en las capas exteriores como en la interior. Para ello, se debe medir nuevamente el módulo de elasticidad de cada pieza de 125 cm y 245 cm.
Uniones de Elementos Mediante Adhesivo
Unión Endentada
Para aquellas piezas en que fue necesario, se debe realizar una unión endentada. Esta unión permite que las piezas puedan lograr mayores longitudes mediante la unión de las testas longitudinales de las piezas, a través de un sistema de dientes que se entrelazan, utilizando adhesivo en la interfaz. Para ello, se utilizaron 2 piezas de 125 cm con lo cual se logra una pieza de 250 cm de longitud.
Encolado
Se aplica adhesivo en ambas caras de la pieza, teniendo una mezcla compuesta.
Prensado
El prensado efectuado para unir las dos piezas de las uniones endentadas se encuentra predeterminado por la máquina de unión de extremos y la persona que ejecuta la acción.
Fraguado
El fraguado de las piezas que componían una unión endentada fue en condiciones naturales, sin la aplicación de radiofrecuencia. Diferentes factores influyen en el tiempo necesario de prensado, tales como dimensiones de la madera, geometría del finger, dosificación de adhesivo, etc. Debido a que es difícil entregar cualquier recomendación exacta, se sugiere establecer el tiempo de prensado en el lugar.
Unión Canto-Canto
Se adhieren las piezas unas con otras con adhesivo en sus cantos, hasta lograr la dimensión de capa deseada.
Ensamble en Seco (Unión Canto-Canto)
Se sitúan todas las piezas de una capa en la máquina de radiofrecuencia y se realiza todo el proceso tal cual se realizaría con el adhesivo esparcido. Esto se efectúa con el fin de visualizar previamente algún inconveniente que pudiese intervenir a la hora de realizar el proceso de manera permanente (sin embargo, el valor de presión efectuado fue de 3 a 5 kg/cm²).
Prensado y Fraguado (Unión Canto-Canto)
Se debe aplicar prensado a través de la máquina de radiofrecuencia, de manera tal que se logre una adhesión correcta, a la temperatura adecuada y sin deteriorar las piezas. Respecto del fraguado del adhesivo recomendado a través de radiofrecuencia, se debe:
- Al momento de realizar el proceso, se midió una temperatura sobre los 90°C en la máquina de radiofrecuencia y se aplicó un tiempo de fraguado de 15 minutos.
- Además, se utilizó una potencia de 20 kW, una presión vertical de 250 Bar y una presión lateral de 90 Bar. Estos valores se mantuvieron para la unión canto-canto tanto de capas externas como la capa interna.
Almacenamiento de Capas
Una vez finalizada la confección de las capas mediante la unión canto-canto de las piezas, estas se deben almacenar de manera correcta para permitir una ventilación adecuada entre las mismas. Esto con el fin de evitar que se formen posibles focos de humedad en sus intersecciones. Para almacenar las capas recién confeccionadas, se procede a montarlas de manera horizontal sobre elementos de madera auxiliares que permiten una separación de aproximadamente 4 cm entre cada capa finalizada, pudiendo apilar una capa sobre la otra.
Unión Capa-Capa
Se debe limpiar la superficie del exceso de adhesivo que resulta después del prensado canto-canto. Para esto se utilizó un raspador cuidando de no disminuir la dimensión correspondiente a las piezas de madera. Se adhieren las capas unas con otras mediante sus superficies con adhesivo, hasta lograr el número de capas deseadas (3 capas).
Ensamble en Seco (Unión Capa-Capa)
Nuevamente, se debe realizar todo el proceso en seco sin el adhesivo esparcido, para visualizar con anterioridad los presuntos problemas que se pudiesen presentar. En este caso, se tuvo un problema: la máquina de radiofrecuencia efectúa una presión lateral de manera uniforme. Sin embargo, las piezas de la capa interna no presentaban uniformidad en su longitud, por lo que se tuvo que ejecutar un corte en esa capa con el fin de emparejar su canto y tener así una presión lateral de forma constante a lo largo del panel.
Prensado y Fraguado (Unión Capa-Capa)
Se debe aplicar prensado a través de la máquina de radiofrecuencia, de tal manera que se logre una adhesión correcta, a la temperatura adecuada y sin deteriorar las capas. Se aplicó una presión vertical de 280 Bar y una presión lateral de 35 Bar, durante un tiempo de 24 minutos con el uso de radiofrecuencia.
Almacenamiento de Paneles
Una vez finalizada la confección de los paneles mediante la unión de las capas, se deben almacenar de manera correcta para permitir una ventilación adecuada entre los mismos. Esto con el fin de evitar que se formen posibles focos de humedad en las intersecciones de los mismos. Para almacenar los paneles recién confeccionados, se procede a montarlos de manera horizontal sobre elementos de madera auxiliares que permiten una separación de aproximadamente 4 cm entre cada panel finalizado, pudiendo apilar un panel sobre el otro.
Control de Calidad de Paneles Fabricados
Revisión de los Paneles Fabricados
Una vez fraguado completamente el adhesivo, se procede a revisar cada una de las probetas confeccionadas en búsqueda de cualquier tipo de irregularidad.
Revisión de las Dimensiones
Se deben realizar mediciones de las dimensiones de las probetas. Estas deben satisfacer lo siguiente:
- Alto de probeta: 240 cm
- Ancho de probeta: 120 cm
- Espesor de probeta: 12 cm
Para esta revisión se realizaron mediciones y repeticiones en distintos puntos de las probetas, con el objeto de asegurar la homogeneidad dimensional de las probetas.
En caso de no cumplir con esta condición, se deben realizar cortes para homogeneizar las probetas, cuidando que las dimensiones finales no sean menores que las requeridas.