Evaluación de la calidad de las lineas de cola de isocianato en vigas laminadas de Pino caribe (Var. hondurensis) preservado con sales cca (página 2)

En estudios realizados por Vick (1984), donde
utilizó una emulsión de adhesivo de polímero
de isocianato a fin de evaluar su resistencia a la
humedad, pudo observar que un año de directa exposición
al agua aparenta
ser el límite para este tipo de emulsión y que con
un porcentaje mayor de isocianato, puede esperarse que sea
más resistente. Pero lo más importante es que pudo
apreciar que la resina de fenol resorcinol fue significativamente
más fuerte y más durable que la emulsión de
isocianato en condiciones húmedas.

Al respecto otros autores como Schneider y Phillips
(1995), dicen que el isocianato da menores resultado de
cizallamiento y mayores delaminaciones que las resinas de uso
más antiguo como lo son las fenólicas, al parecer
solo son buenas en condiciones de uso interior y por su nulo
contenido de formaldehído. De igual forma Barrios y
colaboradores(1999), reafirmaron la experiencia de los autores
antes mencionados.

A pesar de que los isocianatos y polisocianatos (MDI)
fueron lanzados al mercado en la
década de los cuarenta especialmente para ser empleados
por la industria
siderúrgica, vidrio y
porcelanas (Kollmann, 1959), es que los fabricantes de adhesivos,
recientemente están promoviendo gran cantidad de este tipo
de productos con
sus más diversas características técnicas y
de resistencia para la elaboración de productos derivados
de madera.

Pero también es cierto que por la falta de
precisiones científicas de la verdadera resistencia de los
MDI a las severas condiciones externas, existe dentro del gremio
de profesionales de la tecnología de los
productos forestales, una urgente necesidad para determinar la
capacidad de estos nuevos adhesivos, ya que su potencial para
manufacturar nuevos productos de madera en la industria debe ser
técnicamente probado.

De manera que la realización del presente
trabajo es
importante por varias razones primero, permite avaluar
científica y tecnológicamente las vigas laminadas
elaboradas por la Empresa Kondor
C.A. de la Corporación Forestal Uverito, ubicada en la
Zona Industrial de Matanzas, Ciudad de Puerto Ordaz, Estado
Bolívar, Venezuela.
Esto contribuye por medio del empleo de la
metodología de ensayos de
delaminación cíclica y de cizallamiento,
según las normas americanas
ASTM para madera laminada, el poder
determinar de forma preliminar su calidad y
resistencia estructural como producto
forestal a ser sometido a los exigentes esfuerzos de
cizallamiento y durabilidad de la línea de
cola.

Segundo, Venezuela es un país donde el uso de la
madera sólida para fines estructurales ha sido muy
limitado, y hasta casi nulo el
conocimiento respecto a la tecnología de la madera
laminada, lo que ha permitido en años anteriores
experiencias comer-ciales nada gratificantes donde se ha empleado
esta técnica en varias construcciones residenciales hechas
en algunas partes del país.

Por los antecedentes expuestos, permitiría
certificar y publicitar los productos de madera laminada, que de
cumplir con las normas consultadas, sería seguro
estructuralmente en el tiempo y
estable dimensionalmente, al ser sometido a las diferentes
exigencias de cargas, así como las variables
condiciones climáticas de la geografía venezolana,
trayendo con ello un producto comercialmente confiable para ser
usado por los profesionales de la arquitectura e
ingeniería en la elaboración de
infinidad de proyectos.

Materiales y métodos

Se visito la fabrica de madera laminada de la Empresa Kondor
C.A., aún en proceso de
instalación, la cual se encuentra ubicada en la Zona
Industrial Matanzas de la ciudad de Puerto Ordaz, Estado
Bolívar, Venezuela. Las vigas laminadas fuerón
realizadas con seis elementos de 4500 cm x 15 cm

x 2,5 cm de pino caribe preservados con sales CCA a una
retención de 9 Kg./m3, secados en estufa, sometidas a un
proceso de labrado mecanizado y finger joint, siendo luego
encoladas con brocha de mano con resina de isocianato JOWATO
48560 de la empresa alemana JAWA. Se sometieron durante dos horas
a una presión
uniforme de aproximadamente 15 kg/cm2, en una prensa
hidráulica de fabricación alemana.

Se seleccionaron de forma aleatoria dos vigas de
dimensiones 4500 cm x 15 cm x 15 cm. De la parte media de cada
una de las vigas laminadas se obtuvieron dos módulos de
150 cm x 15 cm x 15 cm. Para determinar la calidad de las
líneas de cola de las vigas de madera laminada se
emplearon las normas americanas ASTM D-905-89 que determinan la
metodología para la realización de los ensayos de
resistencia al cizallamiento y la ASTM D-1101-89 para el ensayo de
delaminación cíclica.

Los módulos obtenidos fueron trasladadas hasta
las instalaciones del Laboratorio
Nacional de Productos Forestales (LNPF – MARN ULA),
Mérida, Venezuela. Según las recomendaciones de las
normas se seccionaron los módulos en pequeños
listones para sacar las probetas de cada uno de los ensayos de
delaminación cíclica y cizallamiento
respectivamente. Se obtuvieron para delaminación
cíclica 52 probetas de 7,5 cm x 7 cm x 6,8 cm y para el
ensayo de
cizallamiento se obtuvieron similarmente 52 probetas pero con
dimensiones de 5 cm x 5 cm x 7 cm.

Para el ensayo de delaminación las probetas se
ensayaron inmediatamente después de obtenidas, no siendo
así para el ensayo de cizallamiento, ya que la norma exige
que fueran acondicionadas a un contenido de humedad del 12
%.

Se analizó en el Laboratorio de Microscopia
Electrónica de la Facultad de Ciencias de la
Universidad de
Los Andes, la ultra estructura de
la madera en las probetas ensayadas, específicamente en
las adyacencias de la línea de cola. Se determino
además por el método de
difracción de rayos X, la
cantidad de cobre, cromo y
arsénico de la madera preservada a fin de saber con
precisión el porcentaje de cada uno de estos
elementos.

Resultados y
discusión

1. Ensayos de delaminación
cíclica

De un total de 52 probetas que fueron sometidas al
ensayo de delaminación cíclica, se observó
que un 84,6 %, 88,5 % y 98,1 % de las probetas presentaron
más del 50 % de delaminación en el primer, segundo
y tercer ciclo de la prueba respectivamente, es decir, más
de la mitad de las probetas no cumlieron con lo exigido por la
Norma ASTM-1101 método A.

Los resultados de las probetas delaminadas que se
obtuvieron para cada ciclo de delaminación fueron 66,13%
para el primer ciclo, 73,84% para el segundo y 83,54% para el
tercero, pudiéndose apreciar y confirmar que en el primer
ciclo de delaminación más de la mitad de las
probetas se delaminaron sin cumplir con la norma.

El error estándar para la media del primer,
segundo y tercer ciclo fueron de 3,16; 2,94 y 1,99;
respectivamente. Por ser un valor bajo,
indica que existió precisión en la toma de datos para la
evaluación estadística.

Se determinó el coeficiente de variación
para cada uno de los ciclos: 22,76 %, 21,21 % y 14,37 %. Estos
valores
reflejan que existió una variabilidad en la
delaminación de las muestras.

Se presume que uno de los factores que pudieron generar
esta alta tasa de delaminación, fueron las contracciones
que se producen en el pino caribe al ser humedecidas y secadas
alternativamente. Además, otro factor importante fue la
falta de un buen control de
calidad en el proceso de fabricación de las vigas
laminadas para tratar de eliminar los defectos naturales de la
madera del pino caribe (nudos, algunas grietas y depósitos
de resinas). Lo antes expuesto es producto de que no se realizo
satisfactoriamente de una manera adecuada el método de
«finger joint», esto debido a que las piezas de
madera presentaban una gran cantidad de nudos. Es importante
acotar que este método es para eliminar el mayor
porcentaje de nudos de forma tal que permita obtener un miembro
tan parecido en resistencia o con mayor resistencia que la madera
natural libre de defectos.

En el ANAVAR con un nivel de significancia del 95%. Los
resultados indicaron que no hubo diferencias significativas entre
los tres ciclos de delaminación con respecto al tipo de
madera (madera adulta, madera juvenil-adulta y madera juvenil).
Por lo tanto no amerita evaluarlas.

A pesar de que el ANAVAR dio no significativo se pudo
observar que la madera adulta tuvo menores delaminaciones que la
madera juvenil. Cuando existió la mezcla entre la madera
juvenil y madera adulta, se determinó la mayor
proporción de delaminación. Esto ocurrió en
mayor proporción en el primer ciclo (Figura 1), siendo
menor esta diferencia en el segundo ciclo (Figura 2) y casi
lineal en el tercer ciclo (Figura 3), teniendo la menor
delaminación la madera adulta, seguida por la madera
juvenil y por último la que más delaminación
presento la mezcla de juvenil adulta. Esta diferencia es
ocasionada por las diferencias anatómicas de las maderas
dentro del pino caribe, lo que ocasiona mayor inestabilidad
dimensional, y por ende, mayores tensiones internas en las
líneas de cola sobrepasando los esfuerzos propios de
diseño
de la resina y facilitando a su vez el proceso de
delaminación. Esto afecta tanto a las líneas de
cola en los planos horizontales como verticales de los
«finger joint».

Figura 1. Efectos de media para el primer
período de delaminación

Figura 2. Efectos de media para el
segundo período de delaminación.

Figura 3. Efectos de media para el tercer
período de delaminación.

2. Ensayos de Resistencia al
cizallamiento.

De un total de 60 probetas que fueron sometidas al
ensayo de cizallamiento, se obtuvo que el 88,3 % de las probetas
ensayadas arrojaron un valor de resistencia mayor al 90% de la
resistencia de la madera de pino caribe (92Kg/cm2) a 2070
Kg.

Se obtuvo una media de 2586 Kg (103,5 Kg/cm2), que como
se puede apreciar es mayor que la resistencia tabulada del pino
caribe de 2070 Kg.

El error estándar fue de 59,1. Este valor es un
poco alto, lo cual indica que hubo gran variabilidad en la
madera.

El coeficiente de variación fue de 457,6 Kg., lo
cual refleja que existió una gran variabilidad en la
resistencia de las muestras.

Los resultados del ANAVAR con un nivel de significancia
del 95% arrojaron los resultados con un alto nivel de
significancia para la variable Tipo de madera (**), por lo tanto
existen diferencias entre la madera adulta, madera juvenil-adulta
y madera juvenil. Aplicando Tukey se pudo observar que los tipos
de madera juvenil-adulta y madera juvenil se comportaron
estadísticamente iguales, siendo la madera adulta la que
arrojo valores de resistencia más altos de 2990 Kg.,
seguida por la madera juvenil (2450 Kg) y por ultimo la mezcla de
la madera juvenil-adulta (2400 Kg.) (Figura 4).

Se puede inferir que el tipo de madera influye
directamente sobre la resistencia de las líneas de cola
por las grandes tensiones internas producidas en la madera, pero
en condiciones estables de humedad y espacios interiores, estos
factores adversos pudieran verse disminuidos.

3. Evaluación de la falla de la
madera

De un total de 60 probetas que fueron sometidas al
ensayo de cizallamiento, se obtuvo una media de falla del 82.82
%, es decir, la mayor cantidad de falla fue debido a la madera y
no al adhesivo.

Se obtuvo un error estándar de 3,3 y un
coeficiente de variación de 25,6 Kg. Indicando que los
datos proporcionaron valores adecuados.

El ANAVAR con un nivel de significancia del 95% para la
variable tipo de madera, arrojo resultados con un alto nivel de
significancia. Por lo que se considera que existieron diferencias
dentro de esta variable respecto a la falla entre los tres tipos
de madera.

Figura 4. Efectos de media para la
resistencia.

Al evaluar las fotografías obtenidas en el
microscopio
electrónico de barrido, se pudo apreciar que
existió una uniformidad de la línea de cola de
isocianato en las probetas ensayadas (Figura 5). Se observo un
pequeño aplastamiento en las primeras células de
interfase de las líneas de cola, así como una
penetración uniforme dentro de las tres a cuatro primeras
células, y en forma aislada residuos de isocianato a
partir de la quinta célula
(Figura 6). A pesar de que hubo una poca penetración del
adhesivo en las células del pino caribe, los resultados
obtenidos respecto a falla indicaron que el mayor porcentaje de
falla fue debido a la madera y a la línea de cola, esto se
debió principalmente a que existió un buen enlace
específico entre el isocianato y la madera, lo cual es una
de las propiedades del isocianato que reacciona con los radicales
libres (OH) de la madera.

Conclusión

La presente evaluación de la calidad de las
líneas de cola de isocianato (MDI) con pino caribe y la
posible influencia de las sales CCA en las propiedades de
adherencia, determinó que por todas las
características de los bajos resultados obtenidos en el
ensayo de delaminación cíclica de la Norma ASTM
D-1101-89, se recomienda que la resina MDI al ser empleada con
madera de pino caribe preservada con sales CCA, no sea empleada
bajo condiciones de humedad relativa demasiado alta y muy
variables, siendo recomendable su uso en espacios internos, no
sometida a la inclemencia del medio tropical a fin de evitar
contratiempos y perdidas económicas por la
disminución de sus propiedades mecánicas y su
estabilidad estructural en el tiempo de las edificaciones donde
sea empleada.

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Wilver Contreras Miranda1, Eric
Barrios2, Mary Owen de C.3, Osvaldo
Encinas4
1. Arq. MSc. Prof. Diseño
Edificaciones y Muebles con Madera. Área de Diseño
Industrial y Arquitectura de Productos, edificaciones y muebles
del CEFAP – LNPF – ULA. Estudiante de Doctorado de
Proyectos de Ingenieria e Innovación, Universidad Politécnica
de Valencia, España.
Email:

2. Ing.Ind.For.MSc. Prof. Estructuras
con Madera, Universidad Nacional Experimental de Guayana
(UNEG).
3. Arq. MSc. Prof. Tecnología. Escuela de Diseño
Industrial de la Facultad de Arquitectura y Arte (EDI-FAAULA
). Estudiante de Doctorado de Proyectos de Ingenieria e
Innovación, Universidad Politécnica de Valencia,
España. Email:

4. Ing.For..MSc. Dr. Profesor
Secado y Preservación. Sección Conservación
de Madera LNPF – MARN ULA. Colaborador con el prestamo de
equipos de la Sección de Conservación de la Madera
del LNPF – ULA – MARN.