Más sobre laminación de vigas de madera

Cuando era niño, mi hermano mayor tenía una honda hecha con la entrepierna de un árbol. Las fibras de madera siguieron perfectamente la forma deseada y abordaron muy bien las fuerzas cuando se operaron. Hace siglos, muchos componentes de barcos grandes: rodillas, ganchos y pisos se seleccionaron de horquillas, entrepiernas y ladrones de árboles por las mismas razones. Las piezas de madera de una sola pieza eran muy fiables y las vigas y cuadernas de crecimiento natural eran componentes clave de la construcción de barcos. A medida que disminuía la disponibilidad de madera grande con forma natural, los componentes curvos grandes se hicieron de piezas de madera más pequeñas apiladas y sujetadas mecánicamente. Las estructuras de madera laminada no eran posibles hasta el desarrollo relativamente reciente de adhesivos fuertes.

Es algo engañoso decir que la madera laminada es superior en resistencia a la madera maciza. La fibra de madera es fibra de madera. Lo que pone en peligro la resistencia y la fiabilidad de una viga de una sola pieza son sus defectos inherentes. La fuerza y ​​la rigidez serían predecibles y confiables si se pudieran detectar y evaluar fallas tales como nudos, descentramiento del grano, hundimiento del grano y bolsas de brea. Para compensar la posibilidad de debilidades ocultas, los diseñadores se inclinan por el exceso de ingeniería mediante el uso de maderas sólidas más pesadas. Hoy en día, el uso de madera maciza se limita a componentes que en su mayoría son cortos y rectos.

Ventajas de laminación

La realidad de los defectos en los componentes de madera maciza subraya las ventajas de laminar piezas de madera. Con el laminado, puede ensamblar las piezas, o capas, de una pila de laminados para construir una pieza con una forma específica (casi como si hubiera crecido a esa forma), orientando la veta de la madera para abordar las tensiones previstas, minimizando el desperdicio y reduciendo y dispersando defectos.

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Las juntas pueden tener el mismo efecto que los defectos en las estructuras de madera. El número de juntas a menudo depende de la disponibilidad de buenas longitudes de madera sin defectos. En los componentes de madera maciza, las juntas biseladas se emplean para unir maderas más cortas de extremo a extremo en un esfuerzo por mantener la resistencia a lo largo de la junta. Los métodos de unión más simples, como las uniones a tope, requieren mucha menos mano de obra, pero son mucho más débiles y concentran esfuerzos. Donde las juntas a tope pueden estar fuera de discusión para la construcción de madera maciza, el laminado le permite usar juntas a tope, porque cada junta tiene menos efecto en la resistencia general de la parte y las juntas, como los defectos, se pueden distribuir uniformemente en toda la parte.

Orientación de la veta de la madera

La carga sobre vigas y pórticos es generalmente unidireccional. La veta de la madera, tanto en las vigas macizas como en las laminadas, generalmente corre en una dirección, paralela al eje longitudinal de la viga. Para los componentes estructurales que no soportan una carga unidireccional simple, el laminado ofrece la oportunidad de ajustar el grano a la dirección de la carga. Aunque la madera es mucho más fuerte en la dirección de la fibra, la madera laminada se puede hacer más fuerte en la dirección de la fibra incorporando capas en direcciones distintas a la dirección principal de la fibra. Al orientar cada otra capa 90°, los paneles de madera contrachapada, por ejemplo, se vuelven rígidos en dos direcciones. Si bien una tira de madera contrachapada sería una viga bastante pobre, inclinar las laminaciones de 5° a 10° desde el eje largo de la pieza mejorará la resistencia transversal, pero la pieza seguirá siendo fuerte en la dirección de carga primaria.

Más delgado es mejor

Elija la madera para una estructura o parte en particular en función de la resistencia, la rigidez, el peso, el costo, la disponibilidad, las habilidades del constructor, la capacidad de unión y la trabajabilidad. Todos los materiales tienen un radio de flexión máximo, antes de que comience el daño por compresión o tensión. Si la capa de madera no supera el doblez con un grosor dado, entonces se requiere un material más delgado. Los materiales delgados negocian una curva más fácilmente que los gruesos y más laminaciones de material más delgado resisten mejor la recuperación elástica.

Además, cuando la madera se corta en capas delgadas, se alivian las tensiones atrapadas; cuando se vuelve a unir, el laminado resultante es más estable dimensionalmente, capaz de resistir la hinchazón, el encogimiento o la deformación que puede producir un componente grueso de una pieza (especialmente cuando se expone a fluctuaciones en la humedad). Un buen ejemplo del valor de las laminaciones delgadas es en un mástil de guitarra donde la estabilidad se traduce en una afinación más consistente.

Variaciones que mejoran el laminado básico

Como con cualquier técnica, existen variaciones de métodos básicos que pueden mejorar los laminados de madera:

1. Mejore la relación resistencia-peso colocando la madera de mayor densidad más alejada del eje neutral y la de menor densidad cerca del eje neutral. A menudo, tiene sentido colocar capas de madera de módulo alto/alta resistencia, como fresno o caoba, más alejadas del eje neutral (superior e inferior), y materiales más ligeros y débiles, como cedro o abeto, en el centro. Este método coloca los materiales más resistentes y pesados ​​donde las cargas son mayores y los materiales más livianos donde las cargas son menores, muy parecido a la construcción de una viga en I. Ofrece mayor resistencia con menos peso.
2. Personalización de laminados graduando visualmente las carillas o seleccionando capas claras y oscuras para la estética. Debido a que la madera tiene una serie de defectos naturales, es aconsejable tomar precauciones para reducirlos o difuminarlos con un procedimiento de clasificación. Después de que una tabla se haya rasgado en capas más delgadas, voltee las piezas alternas de un extremo a otro. En componentes estructurales importantes, extienda las capas y localice visualmente los defectos (nudos, desprendimiento de grano o patrón de grano irregular) y elimínelos si son excesivos, o distribúyalos uniformemente por todo el laminado. También puede separar las capas por peso o color y usar la mejor para las capas superior e inferior. Para la estética, a muchas personas les gusta alternar maderas de colores claros y oscuros, alternando fresno y caoba, por ejemplo.
3. Laminaciones de aumento con fibras de refuerzo artificiales para mayor resistencia. Una buena manera de reforzar un laminado de madera unidireccional es aumentar las capas con fibras de refuerzo sintéticas unidireccionales (fibra de vidrio, carbono, Kevlar®) que agregan una resistencia considerable con un aumento de peso mínimo. La resistencia se puede mejorar aún más colocando estos materiales lejos del eje neutral de la viga. Se pueden crear laminados con buena resistencia a la fibra cruzada inclinando las capas de fibras unidireccionales o incorporando telas tejidas o biaxiales para darle al laminado una fibra cruzada. refuerzo sin aumentar significativamente el espesor del laminado.
4. Reducir las capas individuales puede eliminar la exposición de la fibra final y el descentramiento de las capas en los laminados cónicos. Es difícil ahusar una viga laminada con sierras y cepillos después de laminarla. Un buen enfoque para usar al construir vigas ahusadas o vigas con extremos ahusados ​​es ahusar las capas individuales antes de laminarlas. Después del “pegado”, excepto por la limpieza del exceso de adhesivo y el acabado de los lados de la viga, el trabajo está terminado. Además de facilitar la producción, este enfoque tiene la ventaja de eliminar el extremo del grano expuesto y casi elimina el descentramiento del grano en el cono. Es estructural y estéticamente superior.
5. Para ahusar los laminados individualmente, primero determine la cantidad de ahusamiento en cada capa, desde la sección transversal más gruesa hasta la más delgada. Luego haga un maestro que sea el reverso de cada capa. El maestro soportará cada capa a medida que pasa a través de una cepilladora de espesor. La cepilladora eliminará la mayor parte del material de la capa sobre la parte más gruesa del maestro. Todas las capas se estrecharán de manera idéntica y, cuando se laminen, solo los lados del componente necesitarán acabado.

Formas para pórticos o vigas curvas

Coloque la forma curva deseada de la pieza en cualquier superficie de trabajo plana (un piso o un banco). Fije rodillas triangulares o tacos a lo largo de un lado de la línea de la curva. Para evitar que el laminado se adhiera a la superficie de trabajo, coloque una hoja de plástico debajo de los listones. Fije un listón adicional frente a cada listón en la línea. Deje suficiente espacio entre los listones opuestos para que quepan fácilmente las capas recubiertas de epoxi. Cuando todas las capas estén colocadas, inserte cuñas entre la segunda fila de listones y la pila de capas. Golpee suavemente las cuñas para sujetar el laminado de manera firme y uniforme contra la primera fila de listones.

Idealmente, se aplica suficiente epoxi a todas las superficies de contacto para que una pequeña cantidad salga cuando se aplica la presión de sujeción. Un contacto parejo es todo lo que se requiere entre las superficies de contacto: demasiada presión de sujeción solo pretensa las juntas y fuerza el adhesivo de la junta, lo que podría resultar en una junta sin pegamento.

Tenga cuidado de que el plástico no encuentre su camino entre las capas cuando las junte. Cubre las calas y las abrazaderas con plástico para mantenerlas limpias. También es una buena idea rociar desmoldeante en las abrazaderas.

Las piezas laminadas pueden ofrecer muchas ventajas al constructor. Como ocurre con la mayoría de los proyectos, la planificación anticipada es la clave del éxito. Un poco de innovación también ayuda mucho.