Madera estructural

Consideraciones preliminares

Habitualmente se habla de cálculo estructural, como si el diseño viniera ya predeterminado y se llama calculista al técnico que se ocupa de esta labor, como si su trabajo se limitara a dimensionar los perfiles de un esqueleto ya definido.

Pero éste es un concepto bastante reduccionista y a mí me gusta más hablar de optimización estructural, y llamar al técnico estructurista, incluyendo su labor tanto el diseño como el dimensionamiento propiamente dicho.

El diseño de la estructura tiene un impacto enorme en el cálculo final y resulta imposible desligar uno del otro.

El objetivo del estructurista debe ser, teniendo en cuenta todos los condicionantes del proyecto (normativos, estéticos, ambientales etc.) diseñar y calcular una estructura lo más económica posible.

Como dice el profesor Jose Luis de Miguel, “Las estructuras se calculan en euros”.
Durante el siglo XX se produjo un progresivo abandono del uso de la madera estructural, en favor del acero y el hormigón armado, que se imponen casi como la única manera de construir.

Se llegó hasta el punto de suponer una verdadera dificultad encontrar, tanto madera estructural adecuada, como buenos carpinteros de armar o técnicos formados para proyectar este tipo de estructuras.

En las últimas décadas se está experimentando un resurgimiento de la madera estructural, que ha venido de la mano de su normalización, lo cual hace que sea muy predecible en su comportamiento estructural, recuperando la confianza perdida.

Y, curiosamente, ahora es frecuente oír hablar de la madera estructural como un sistema nuevo, frente a los supuestamente tradicionales de acero y hormigón armado.

Pero la historia desmiente esta apreciación, ya que la madera es, con toda seguridad, el primer material utilizado por el hombre para fines estructurales.

En el siglo XVIII, Marc Antoine Laugier en su “Ensayo sobre la Arquitectura” postula el retorno a la “Cabaña Primitiva”, como esencia de la simplicidad arquitectónica.

El hombre primitivo, cuando tuvo la necesidad de refugiarse, independientemente de la latitud en la que habitaba, comprendió la inmediatez de convertir en estructura para sus construcciones los troncos y ramas de los árboles que le rodeaban.

Y éste es el motivo por el que se ha utilizado desde siempre la madera como material estructural: El árbol en sí mismo es estructura.
La madera es, por tanto, el único material utilizado con fines estructurales que proviene a su vez de una estructura biológica y su aplicación estructural, en ocasiones es por analogía muy directa.

El tronco es estructuralmente una ménsula, ya que tiene uno de sus extremos libre (la copa) y el otro empotrado (la raíz). Y el árbol, a lo largo de su existencia, somete a su tronco a una serie de esfuerzos, de los que el más significativo es el de flexión, debido a la acción del viento.

El empuje lateral producido por el viento somete al tronco a un momento flector, cuyo valor es el de la carga lineal (QxL), por la mitad de la longitud del tronco (L/2). Así pues, su fórmula es la conocida “QxL2/2”, de tal forma que la solicitación aumenta linealmente con el aumento del empuje del viento y exponencialmente con el aumento de la altura del árbol.

La mayor solicitación, obviamente, se produce en la base, por lo que, cuando un árbol cae, suele ser por uno de estos dos motivos:

Por rotura cercana a la base del tronco (que siguiendo con la analogía estructural, equivaldría a un mal dimensionamiento, ya que habría hecho falta una sección mayor para soportar ese esfuerzo).

O por arrancamiento de la raíz (lo que equivaldría a un fallo de la cimentación).

El tronco, como ménsula, tiene un diseño ideal, disminuyendo su diámetro en sentido ascendente, lo cual responde perfectamente a la solicitación a flexión descrita anteriormente.

En cuanto a su microestructura, tiene una disposición tubular, compuesta por un haz de finísimas fibras, a modo de “columnas”, que se desarrollan todo a lo largo del tronco.

De esta manera, ante la flexión, se consigue que las fibras trabajen a ESFUERZOS NORMALES (es decir, en dirección longitudinal), que son los que mejor soportan: quedando traccionadas las fibras de barlovento y comprimidas las de sotavento.

Al tratarse el viento de una acción alternante en el tiempo y variable en su dirección, las fibras se traccionan y comprimen alternativamente.

Esta circunstancia, confiere a la madera estructural una de sus grandes virtudes, que es la resistencia a las cargas cíclicas, lo que se conoce como “fatiga”.

[Extracto de la ponencia de Fernando San Hipólito en Egurtek 2014: “Análisis estructural y optimización del entramado ligero”]

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