Fundamentos del diseño y la construcción con madera

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figura 2.2.2 Estructura de una pared celular.

La estructura de la pared celular puede analizarse también desde el punto de vista de su comportamiento estructural; la capa media de la pared secundaria, que bajo esta perspectiva es la más importante, puede absorber los esfuerzos de tracción debido a la orientación predominantemente longitudinal de las microfibrillas que la integran. A su vez, cuando es sometida a esfuerzos de compresión, esta es contenida y arriostrada contra su flexión lateral o pandeo flexional tanto por la capa externa como por la interna, que tienen una mayor inclinación de las fibras.

Las especies frondosas presentan una anatomía más compleja que las coníferas, conteniendo un mayor número de tipos de células que cumplen distintas funciones fisiológicas. En las primeras se pueden diferenciar las fibras que proveen la resistencia mecánica, constituyendo el tejido de sostén, con paredes celulares más gruesas que en las coníferas y longitudes comprendidas entre 1 mm y 1,5 mm. Dentro de este tejido se distribuye un segundo tipo, los vasos conductores, con diámetros variables entre 0,02 mm y 0,5 mm, y que se extienden verticalmente en el árbol apareciendo con distinta distribución según las especies. Aquellos casos donde se distinguen claramente los vasos más grandes en la madera temprana, de los pequeños en la madera tardía, se definen como porosidad anular. Si esa distribución no presenta un cambio brusco se denomina porosidad semianular. Sin embargo, en la mayoría de las especies existe una disposición irregular de los vasos, recibiendo el nombre de porosidad difusa. Un tercer grupo es el constituido por el tejido de almacenamiento o parénquima, que aparece tanto en sentido longitudinal como radial, y su número es mayor que en las coníferas. En Figura 2.2.3 se muestra la típica anatomía observada en coníferas y latifoliadas.


figura 2.2.3 Estructura básica de una especie conífera y una latifoliada.

Las especies de coníferas muestran una estructura más simple, con mayoría de fibras traqueidas, de longitud variable entre 2 mm y 5 mm y esbeltez muy grande, ya que el diámetro es aproximadamente la centésima parte de su longitud. Este tejido, que constituye un porcentaje variable entre el 90% y el 95% del total, cumple la función de dar resistencia y a su vez de transporte de alimento. Se organiza en filas radiales, presentando paredes más gruesas y menores diámetros en la madera tardía (de otoño) que en la temprana (de primavera), originando diferentes densidades; su longitud coincide con la dirección del eje del árbol. El otro grupo es el constituido por el tejido de reserva, el parénquima, que se ocupa de almacenar los elementos nutritivos y se desarrolla fundamentalmente en sentido radial. Los canales de resina son longitudinales y forman cavidades en el tejido.

El crecimiento vertical del árbol ocurre en forma continua, y en su parte central aparece la médula, que en general tiene menor calidad que el resto de la madera. El crecimiento de las capas periféricas del tronco, responsables por el desarrollo horizontal, da lugar a la formación de los anillos anuales de crecimiento. El tejido celular que produce la nueva madera se denomina cambium y está ubicado en la parte externa, recubierto por la cáscara o corteza, siendo el mismo muy delgado. Si se observa a simple vista la sección transversal del tronco, se puede apreciar que ese desarrollo se produce con dos tipos diferentes de tejidos, que responden a la madera generada en primavera, o leño temprano, y a la formada en el otoño, o leño tardío, respectivamente. Ambos sumados, constituyen un anillo anual. La diferencia entre ambos tejidos es más nítida en algunas especies que en otras, pero, en general, los formados en primavera poseen células de paredes más delgadas y mayor lumen, para facilitar el transporte de savia. Por el contrario, los de otoño tienen células con mayor espesor de pared y menores huecos, confiriendo mayor resistencia al material que conforman.

La madera formada en primavera es en general de color más claro y posee menor densidad que la del otoño, precisamente como consecuencia del menor espesor de sus paredes. Si bien es necesario tener en cuenta algunas variables tales como la especie, el clima y las condiciones del suelo donde se desarrolla la planta entre otras, en general existe una relación entre el espesor de los anillos y la densidad. En la mayoría de las coníferas, el espesor del leño tardío, de otoño, se mantiene casi constante y la diferencia se produce en el espesor del leño temprano, por lo cual a un mayor espesor del anillo se corresponde con una menor densidad.

Si se toma el caso de las maderas de especies frondosas con porosidad anular, estas en general se caracterizan por formar anillos de madera de primavera con marcados poros, los vasos conductores, y con espesor casi constante, apareciendo la variación en el leño tardío, y, en consecuencia, a mayor espesor de los anillos corresponde una mayor densidad. Esta circunstancia no se presenta cuando la porosidad es difusa. La relación entre el espesor de los anillos anuales y la densidad, explica la causa por la cual, en la mayoría de las normas de clasificación visual de piezas de madera, se considera al mencionado espesor como un parámetro de importancia, y, en el caso de las coníferas, a menor espesor, mayor calidad de madera.

A su vez, en la medida que el árbol madura y aumenta la cantidad de anillos, se generan dos grandes zonas en su sección transversal. La parte más reciente, la externa, por la cual asciende la savia desde las raíces hacia el extremo superior, se denomina albura. Con el paso del tiempo las células son modificadas, incrustadas con extractivos orgánicos, dando lugar a la formación del duramen en la zona interior. Este es generalmente más denso, menos permeable y más resistente a los ataques de insectos y hongos. Existe por otra parte, una diferencia entre los anillos de crecimiento que se formaron en la época temprana del árbol —habitualmente entre 5 y 20—, con aquellos que ocupan la parte exterior del tronco. A la madera formada por los primeros, se le denomina madera juvenil, en alusión a la edad del árbol cuando ella se constituyó, y al resto se le denomina madera adulta. Particularmente, en las especies de coníferas la madera juvenil cercana a la médula presenta fibras más cortas, con espesores de paredes más delgados y una mayor inclinación de las microfibrillas en la capa media de la pared secundaria. Como consecuencia, se obtiene una menor resistencia y rigidez, y mayores niveles de contracción y expansión que la madera adulta.

En resumen, puede afirmarse que, la estructura de las paredes de las células, la unión de éstas para constituir los tejidos de la madera libre de defectos y las singularidades que presenta en tamaños de uso estructural, representan tres niveles anatómicos fundamentales que es necesario considerar para comprender el comportamiento de este material. En efecto, en el primer nivel se encuentra la explicación a las importantes diferencias experimentadas por la contracción y expansión en dirección transversal respecto de la longitudinal (entre 10 y 20 veces superior para la primera). El segundo nivel ofrece la razón por la cual la rigidez encontrada en dirección longitudinal es entre 20 y 40 veces mayor que en la transversal. El tercer nivel, que considera la presencia de nudos2.10 y otras singularidades que serán descriptas más adelante, explica la enorme diferencia que se encuentra para la resistencia entre una probeta pequeña, libre de defectos, y una de tamaño estructural que no sea de primera calidad. Dicha diferencia es crucial en la caracterización y clasificación de la madera, hasta tal punto que conforma dos enfoques diferentes de diseño estructural: el método de las tensiones admisibles, y el método de las tensiones últimas. En la literatura inglesa, la madera libre de defectos suele denominarse clear wood o simplemente wood, mientras que a las piezas mayores con defectos se les denomina lumber o timber.

En resumen, en la Figura 2.2.4 se ilustra la estructura jerárquica de la madera, desde la estructura visible en el tronco, hasta la organización supramolecular de los constituyentes en la nanoescala.


figura 2.2.4 Estructura jerárquica de la madera: desde el tronco hasta la organización molecular.

2.3 Propiedades físicas de la estructura: humedad y densidad

La descripción de la organización interna de la madera presentada en el apartado anterior, permite abordar el análisis de las propiedades físicas más importantes para su uso estructural, como son el contenido de humedad y la densidad aparente. Además de influir sobre el comportamiento mecánico, estas propiedades explican los fenómenos de contracción y expansión, otra propiedad física de consideración en el diseño porque puede ocasionar tensiones internas, así como deformaciones y fisuras.

2.3.1 Contenido de humedad

La presencia del agua en la madera se manifiesta ocupando los espacios celulares e intercelulares del leño (agua libre), o impregnando las paredes de las células (agua de impregnación), pudiendo en ambos casos eliminarse por medios físicos. Existe también la denominada agua de constitución, que forma parte de la pared celular y que no se puede ser extraída sin destruir el tejido. En el análisis de las propiedades vinculadas al diseño estructural se hace referencia solamente a las dos primeras.

 

El contenido de humedad en la madera es definido como el cociente de la masa de agua contenida, removible físicamente, y la masa de la madera seca (anhidra) que la contiene, expresada en porcentaje. Esta última se obtiene por secado en estufa a una temperatura de 103 +/- 2 °C. Se considera que se alcanza esta condición, cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas con intervalos de 6 horas es igual o menor al 5% de la masa de la pieza de madera empleada.

Cuando la madera verde (o con un elevado contenido de humedad) se seca natural o artificialmente, el agua que primero pierde es el agua libre. Mientras esto sucede, no se producen variaciones volumétricas ni alteraciones de importancia en las propiedades mecánicas. Después de la pérdida del agua libre, el agua remanente se ubica en las paredes celulares saturándolas, y por esa razón a ese contenido de humedad se lo conoce como punto de saturación de las fibras (PSF). A fines prácticos, y si bien con variaciones entre especies, este punto puede considerarse ubicado entre el 28% y el 32%. Al ser la madera un material higroscópico2.11, su contenido de humedad dependerá en cada caso de la temperatura y la humedad relativa ambiente (HR). La humedad de equilibrio interno (HE) en un determinado clima, se alcanza luego de un tiempo, el cual varía también con las dimensiones de las piezas.

La variación de la HE causada por una variación de HR a una temperatura constante, se le conoce como isoterma de sorción. Sucede que en una misma madera esta isoterma no es siempre constante (disminuye con ciclos sucesivos), lo que se conoce como histéresis de sorción. También sucede que la HE en ciclos de absorción es aproximadamente 1% inferior a ciclos de sorción. La Figura 2.2.1 ilustra la HE típicamente contenida en la madera para diferentes temperaturas y HR ambientales.

La importancia del PSF deriva de que, a partir del mismo, el agua perdida es extraída de las paredes celulares y por lo tanto estas son modificadas, produciendo variaciones tanto de las dimensiones como del comportamiento resistente y elástico de las piezas. Es decir, que en la medida que disminuye el contenido de humedad por debajo de ese punto, se produce una reducción de las dimensiones y un aumento, en general, en la resistencia y rigidez de la madera. Es imposible que el tenor de humedad alcance el 0% (estado anhidro) en forma natural, pero en climas secos se pueden alcanzar porcentajes de equilibrio inferiores al 10%. El clima denominado normal es el correspondiente a 20 °C de temperatura y 65% de HR ambiente, lo que origina una HE de aproximadamente 12% en la mayoría de las maderas y es tomada como humedad de referencia internacionalmente para la determinación de las propiedades de resistencia y rigidez.


figura 2.3.1 Ilustración de la HE típica de la madera según temperatura y HR (basado en Forest Products Laboratory, FPL, 2010).

En Chile, la medición del contenido de humedad se regula por la norma NCh176/1, la cual contempla tanto el método de secado con estufa, como la determinación por xilohigrómetro2.12 (determinación de la humedad a partir de la variación de conducción eléctrica vía electrodos) y la destilación (determinación por remoción de la humedad con un solvente).

2.3.2 Densidad aparente

La densidad del material que constituye las paredes de las células de la madera, excluidos los vacíos, alcanza un valor aproximado de 1500 kg/m3. La densidad aparente es definida como el cociente entre la masa y el correspondiente volumen aparente. Para la madera, ésta oscila entre valores de 110 kg/m3 y 1300 kg/m3, debido a la influencia de la porosidad. Las especies de elevada porosidad, en general de rápido crecimiento, se acercan al primero, mientras que al segundo se aproximan las maderas tropicales de mayor dureza, ver Figura 2.3.2.1.


figura 2.3.2.1 Efecto del porcentaje de poros y pared celular en la densidad de la madera (basado en Neuhaus 1994).

La heterogeneidad que caracteriza la anatomía de este material, ya descripta anteriormente, explica en parte la variabilidad que exhibe esta propiedad entre especies, dentro de una especie, de una plantación, de un árbol, e incluso de una pieza estructural.

Teniendo en cuenta que normalmente este material contiene agua, cuya masa se agrega a la de la madera y a su vez produce variaciones en el volumen por debajo del punto de saturación de las fibras, se debe definir siempre el contenido de humedad para el cual se calcula la densidad. En ingeniería estructural esta propiedad se expresa habitualmente para dos valores del contenido de humedad. La denominada densidad en clima normal (referida como densidad normal), ya definido anteriormente, es la más importante. La densidad anhidra, para la madera secada al horno, suele también emplearse en algunas reglas de diseño.

La densidad aparente está correlacionada positivamente con la mayoría de las propiedades mecánicas de muchos materiales, y la madera, cuya fascinante estructura ha sido diseñada y optimizada por la naturaleza no es una excepción, aunque el nivel de correlación varía para distintas especies y zonas de cultivo. En consecuencia, es un parámetro indicativo de la resistencia y la rigidez adoptado usualmente en investigaciones y en la normativa internacional referida a la clasificación por resistencia y al diseño estructural. La influencia de la densidad en algunas de las propiedades mecánicas más importantes, es ilustrada en la Figura 2.3.2.2.


figura 2.3.2.2 Influencia de la densidad en algunas de las propiedades mecánicas más importantes (basado en Neuhaus 1994).

En Chile la medición de la densidad se regula mediante la NCh176/2, la cual además de prestablecer la medición de la densidad normal y la densidad anhidra, una densidad básica (relación de masa anhidra y volumen verde) y una densidad nominal (relación de masa anhidra y volumen de ensayo, generalmente al 12%). Por otra parte, la determinación de la densidad en paneles de madera se efectúa de acuerdo a la NCh792. Las densidades anhidras y normales de las distintas especies se presentan en el anexo E de la NCh1198, tanto los valores medios como los característicos (percentil del 5%).

2.3.3 Estabilidad dimensional

Tal como se presentó, cuando la humedad de la madera disminuye del PSF se producen cambios dimensionales debido a la variación del tamaño de los poros de las paredes celulares. La hinchazón se refiere al aumento dimensional debido al incremento de la humedad, mientras que a la contracción se le denomina merma. Los cambios dimensionales de estado verde a anhidro en T son habitualmente del orden del 8% para coníferas, mientras que en R las variaciones son alrededor de la mitad. Esto genera tensiones internas que pueden llegar a producir deformaciones, fisuras y grietas reduciendo la calidad del producto. De hecho, la equidad de contracciones y dilataciones en R y T es un indicador de poca propensión a la deformación, lo que es muy importante para ciertas aplicaciones tales como ebanistería. Como es lógico, los cambios dimensionales en las direcciones transversales se incrementan con la densidad (mayor porcentaje de paredes celulares). Por otro lado, los cambios en la dirección L son relativamente insignificantes, del orden de 0.1% de madera verde a madera anhidra, aunque pueden llegar a ser hasta el 2% en madera juvenil.


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figura 2.3.3 Ilustración de deformaciones típicas tras el secado de la madera de acuerdo a su posición en el tronco (basado en Forest Products Laboratory, FPL, 2010).

En estado seco, los cambios dimensionales tienden a ser cuasi-lineales, así que es posible predecir la diferencia dimensional en cada dirección (∆t) sin más que multiplicar la diferencia de humedad (∆H) por un coeficiente de contracción lineal en L (CL), R (CR) y T (CT):


Los cambios longitudinales se suelen despreciar, aunque pueden jugar un papel importante en piezas con gran contenido de madera juvenil. Estos cambios son un aspecto importante a considerar en el diseño de edificios de mediana altura de entramado ligero. A partir de las contracciones longitudinales, es posible establecer un coeficiente de contracción volumétrica que es calculado como la suma de los 3 coeficientes lineales.

En Chile la medición de los coeficientes de contracción se efectúa de acuerdo a las normas NCh176/3, NCh980 y NCh3053. En la determinación de los coeficientes de contracción se contempla además la posibilidad de colapso, lo que genera irregularidades geométricas en algunas especies tras las etapas iniciales de secado por debajo del PSF. Los coeficientes de contracción lineales en R y T de las maderas chilenas se encuentran en el anexo F de la NCh1198.

2.4 Lecturas adicionales

Argüelles Alvarez R, Arriaga Martitegui F, Martinez Calleja JJ (2000) Estructuras de Madera, Diseño y Cálculo. AITIM, España.

Coronel E. (1994) Fundamentos de las propiedades físicas y mecánicas de las maderas. Santiago del Estero, ITM, España.

Hoffmeyer P (1995) Wood as a building material. In: Timber Engineering STEP 1, pp. A4/1-A4/20, Países Bajos.

Forest Products Laboratory (2010) Wood Handbook, Wood handbook-Wood as an engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190, Department of Agriculture, Forest Service, EE.UU.

Neuhaus H (1994) Lehrbuch des Ingenieurholzbaus. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Alemania.

CAPÍTULO 3

LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

En este capítulo se describen brevemente las propiedades fundamentales de la madera, lo que resultará clave para entender los procesos de diseño y construcción.

3.1 Comparación fundamental cuantitativa

A diferencia del hormigón o el acero, la madera es un material orgánico y natural, siendo así mucho más variable y heterogéneo. Esto conlleva múltiples implicaciones que se comentarán posteriormente. No obstante, algunas de las diferencias cuantitativas fundamentales se muestran en la Tabla 3.1. El análisis de estas diferencias, resulta útil para comprender las particularidades de la madera como material estructural. Las principales observaciones referentes a la tabla que se detallan a continuación.

La madera es 16 veces más ligera que el acero y 5 veces más ligera que el hormigón. Esto implica que las fuerzas laterales generadas como consecuencia de la acción sísmica son muy inferiores en una construcción con madera.

Tiene una rigidez longitudinal 20 veces inferior al acero y 2 veces inferior al hormigón. Sin embargo, para un volumen de material determinado, cada kilogramo de madera aporta una rigidez específica similar a la del acero, y dos veces superior al hormigón. Esto implica que, por lo general, las construcciones con madera son significativamente más flexibles que las de hormigón y acero.

En probetas libres de defectos, la resistencia longitudinal a tracción del acero es tan sólo 2-3 veces superior a la madera, mientras que la madera resiste unas tracciones 31 veces mayores que el hormigón. En compresión longitudinal, el acero resiste 3 veces más que la madera, y esta 1.5 veces más que el hormigón. En flexión, el acero resiste el doble que la madera, y esta 16 veces más que el hormigón. Por tanto, en términos generales la resistencia longitudinal de la madera es ligeramente inferior al acero y muy superior al hormigón.


tabla 3.1 Comparación cuantitativa de propiedades de acero, hormigón, y especies madereras mayoritarias
PropiedadAcero A36Hormigón H30Pino RadiataAbeto EuropeoAbeto Douglas
Manufactura del productoLaminadoIn SituAserradoAserradoAserrado
OrigenChileChileChileAlemaniaEE.UU.
Peso específico (kg/m3)78502320480470510
Rigidez longitudinal (GPa)20023,59,51112,5
Rigidez longitudinal específica (MPa/kg/m3)25,510,119,823,424,5
Resistencia a la tracción longitudinal (MPa)2502,97988103
Resistencia a la tracción longitudinal específica (kPa/kg/m3)321165187202
Resistencia a la compresión longitudinal (MPa)1523040,54946
Resistencia a la compresión longitudinal específica (kPa/kg/m3)19138410490
Resistencia a la flexión longitudinal (MPa)1654,5757077
Deformación de cedencia longitudinal en tracción (%)0,130,010,830,80,82
Deformación de cedencia longitudinal en compresión (%)0,080,130,430,450,37
Rigidez perpendicular (GPa)20023,50,30,540,9
Resistencia a la tracción perpendicular (MPa)2502,92,532
Resistencia a la compresión perpendicular (MPa)152308,966
Rigidez al cortante longitudinal (GPa)79,310,20,550,70,925
Resistencia al corte longitudinal (MPa)14411, 51178


tabla 3.1 (continuación)
PropiedadAcero A36Hormigón H30Pino RadiataAbeto EuropeoAbeto Douglas
Durabilidad (según EN 350)--No durable o Poco durablePoco durablePoco durable o Durable
Impregnabilidad (EN 350, en albura)--ImpregnablePoco o no impregnablePoco impregnable
Conductividad térmica, transversal (W/m∙K)51,90,90,1040,120,14
Coeficiente de difusión de la humedad, transversal (1)07∙10−105∙10−45∙10−45∙10−4
Coeficiente expansión térmico longitudinal (1)1,2∙10−51,3∙10−51,78∙10−51,78∙10−51,78∙10−5
Coeficiente expansión térmico perpendicular (1)1,2∙10−51,3∙10−51,33∙10−41,33∙10−41,33∙10−4
Coeficiente contracción lineal longitudinal (%)06∙10−20,150,150,15
Coeficiente contracción lineal tangencial (%)06∙10−26,78,27,6
Coeficiente contracción lineal radial (%)06∙10−23,43,94,8
Precio* (USD/m3)11304311400240450
Precio madera laminada encolada (USD/m3)--1200430-
Precio madera contralaminada (USD/m3)--1250500-
* Los precios indicados son orientativos y se refieren al coste total de ejecución.

En términos específicos, para un volumen determinado, cada kilogramo de madera aporta 6 veces mayor resistencia a la tracción longitudinal que un kilogramo de acero, y 185 veces mayor resistencia que el hormigón. En compresión el aporte específico de la madera es 5 veces superior al acero y 7 veces superior al hormigón. Esto implica que la madera es un material mucho más eficiente para resistir esfuerzos axiales.

 

La madera es significativamente más flexible; en tracción longitudinal, esta tolera deformaciones elásticas 6 veces superiores al acero y 82 veces superiores al hormigón. En compresión longitudinal la madera es 5 veces más flexible que el acero, y 3 veces más flexible que el hormigón. Este hecho tiene múltiples implicaciones en el diseño. No obstante, es importante notar, que las estructuras de madera toleran deformaciones muy superiores dentro del régimen elástico.

En la dirección perpendicular a las fibras, la madera es muy poco rígida, 40 veces menos que el hormigón y 345 veces menos que el acero. La resistencia a las tracciones perpendiculares de la madera es similar a la del hormigón, lo cual resulta unas 100 veces inferior a la del acero. En compresión, la resistencia de la madera duplica al valor de tracción, no obstante, es 4 veces inferior al hormigón y 22 veces inferior al acero. Por este motivo, en las construcciones con madera se evita en la manera de lo posible, los esfuerzos perpendiculares a la fibra, y es muy importante evaluar su importancia en determinados puntos tales como uniones y centros de curvatura3.1, ya que a diferencia del hormigón la madera se refuerza con mucha menos frecuencia.

Tal como se mostró en el primer capítulo, la madera fue el primer material de construcción empleado masivamente por el ser humano, y por tanto existen estructuras extremadamente longevas, de más de 1400 años, que siguen en funcionamiento en la actualidad. No obstante, y a diferencia del acero, el cual es vulnerable al efecto de la corrosión, la madera como material orgánico es susceptible a la degradación ambiental y biológica. Estos efectos adversos pueden y deben anularse en la medida de lo posible en las fases de diseño y construcción, tal como se detalla en capítulos posteriores. Nótese que el pino radiata tiene una durabilidad3.2 inferior a la madera empleada en Europa y EE.UU., pero es más impregnable y por tanto tiene mayores posibilidades tanto para modificar su resistencia a estos factores externos, como para facilitar el encolado.

La resistividad eléctrica de la madera es superior a la del hormigón, y extremadamente superior a la del acero. Por este motivo, y pese a que la resistividad térmica3.3 disminuye considerablemente al aumentar la humedad, la madera almacena una cantidad muy inferior de electricidad estática.

La conductividad térmica de la madera es 7 veces inferior a la del hormigón, y 410 veces inferior al acero. Por tanto, las necesidades energéticas de una construcción con madera son por lo general inferiores. Por otra parte, su capacidad para aislar favorece su capacidad para resistir al fuego, lo que se detalla posteriormente.

A diferencia del acero, que es un material impermeable, el coeficiente de difusión de la humedad de la madera es drásticamente superior al del hormigón. Por otra parte, la madera es un material higroscópico, lo cual significa que cede humedad cuando el ambiente está seco y absorbe humedad en caso contrario. Esto favorece generalmente el confort de los usuarios y la difusión de humedad mitiga además las condensaciones. No obstante, la humedad influye fuertemente en las propiedades mecánicas y favorece la aparición de hongos por lo que el control de esta variable es un aspecto central en la construcción con madera.

El coeficiente de expansión térmico longitudinal de la madera, es similar al del acero y el hormigón. En la dirección perpendicular a las fibras, la madera se expande 10 veces menos que estos materiales. No obstante, dado que la madera tolera deformaciones considerables en el rango elástico, la mezcla de la madera con acero y hormigón, así como las contracciones debidas a la temperatura, no suelen ser problemáticas y de hecho se suelen despreciar, dado que resultan mucho más críticos los cambios dimensionales debidos a la humedad.

A diferencia del acero, la madera y el hormigón sufren cambios dimensionales debidos a las variaciones de humedad. Los cambios del hormigón se deben fundamentalmente al proceso de fraguado. La madera también tiende a mostrar cambios significativos en el momento de la construcción, si es que las condiciones del sitio difieren considerablemente de la humedad de equilibrio en la madera, pero además cambiará de dimensiones a lo largo de su vida útil debido a las condiciones atmosféricas. De hecho, los cambios dimensionales debidos a la humedad, son muy superiores a las variaciones originadas por la temperatura. En la dirección longitudinal, la madera presenta deformaciones 250 veces superiores al hormigón, y 12.500 veces superiores en la dirección perpendicular a las fibras, lo cual tiene consecuencias importantes. La primera, es que los cambios dimensionales debidos a la temperatura se suelen despreciar en la madera, ya que por un lado tienen poca relevancia en comparación a los cambios de humedad, y por el otro, tratándose de un material flexible, no generan problemas significativos. La segunda es que aquellas piezas estructurales sometidas a cambios de humedad cuya deformación esté restringida, ya sea por estar en contacto con otras piezas, estar encoladas o compuestas con otros materiales, pueden sufrir tensiones importantes derivadas de la humedad, especialmente en la dirección perpendicular a las fibras. Esta dirección es especialmente vulnerable, debido a que los cambios dimensionales son 50 veces mayores que en la dirección longitudinal, y además las diferencias entre los ejes tangencial (T) y radial (R) ocasionan tensiones adicionales. La tercera es que, para obras de cierta envergadura tales como edificios de mediana altura, el uso de dispositivos de control de la deformación34 puede ser requerido para garantizar la estabilidad dimensional.

Actualmente el precio por metro cúbico de madera aserrada es aproximadamente un 30-35% más costoso que el hormigón, y el kilogramo de madera cuesta un 50-60% menos que el kilogramo de acero. De esta forma, y en términos generales, las construcciones con madera pueden competir en precio respecto de las construcciones con hormigón, aunque esto depende principalmente de la cantidad de armadura en hormigón, uniones metálicas, y nivel de prefabricación de la madera. Convencionalmente se ha considerado que los forjados son menos costosos en hormigón, mientras que la madera puede resultar más competitiva en columnas. Nótese en este sentido, que además del grado de prefabricación, el grado de industrialización de los productos es crucial. En Centroeuropa, donde los procesos de fabricación de la madera laminada encolada (MLE) y la madera contralaminada (CLT) están muy extendidos, el precio puede ser hasta 50% menos costoso que en Latinoamérica. El coste de las conexiones mecánicas3.4, usualmente ejecutadas en acero, también resulta muy relevante en las construcciones con madera y supone parte muy importante del coste total de la construcción. En resumen, el diseño de conexiones estructurales adecuadas y el acceso a productos industrializados, son clave para construir edificaciones con madera que puedan competir en precio con las construcciones de hormigón y acero. Las construcciones más competitivas son sin duda aquellas que mezclan distintos materiales de forma óptima.