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VIERA, et al. - Caracterización mecánica de vigas de madera laminada encolada (MLE) de pino producido en Ecuador. pp. 81-88 ISSN:1390-5007
1
Luisa Paulina Viera Arroba,
2
Edisson Javier Maliza Castro,
3
Richard Darío Mejía Espinosa
1
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Carrera de Ingeniería Civil, Universidad Central del Ecuador.
lviera@uce.edu.ec. ORCID: 0000-0003-0434-7979
2
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Carrera de Ingeniería Civil, Universidad Central del Ecuador.
ejmaliza@uce.edu.ec. ORCID: 0009-0005-2524-8963
3
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Carrera de Ingeniería Civil, Universidad Central del Ecuador.
rdmejiae@uce.edu.ec. ORCID: 0009-0003-9118-182X
Caracterización mecánica de vigas de madera
laminada encolada (MLE) de pino producido
en Ecuador
Mechanical characterization of pine glued laminated timber (MLE)
beams produced in Ecuador
EÍDOS N
o
23
Revista Cientíca de Arquitectura y Urbanismo
ISSN: 1390-5007
revistas.ute.edu.ec/index.php/eidos
Resumen:
Este estudio investiga la evolución histórica y los En
Ecuador, para uso estructural se dispone de madera
maciza como es el pino, con el cual ya se fabrican ele-
mentos de MLE (Madera Laminada Encolada). En el
laboratorio del Centro de Investigación de la Vivienda
(CIV) de la Escuela Politécnica Nacional, se realizaron
ensayos acordes a la norma ASTM D198 (Métodos de
prueba estándar estáticas de madera en tamaños es-
tructurales) de 4 vigas de MLE fabricadas con pino,
cuyas dimensiones son de 0.14x0.32x4.10 m, sien-
do tamaños de carácter estructural. Estas probetas
fueron fabricadas íntegramente en Madebú, que es
una industria de madera laminada ubicada en Quito.
El ensayo a exión en vigas que tienen dimensiones
de carácter estructural, proporciona información más
cercana al comportamiento real de estos elementos
cuando forman parte de una estructura. Es importante
conocer las propiedades mecánicas de este tipo de
piezas (módulo de elasticidad, resistencia a exión)
y compararlas con resultados obtenidos con otras in-
vestigaciones similares, ya que el conocer las capaci-
dades que ofrece este material permite continuar con
el desarrollo y la implementación en la industria de la
construcción ecuatoriana. Entre los resultados obteni-
dos, se llega a evidenciar que existe una disminución
de aproximadamente el 49 % de las propiedades de la
madera maciza de pino, al conformar elementos lami-
nados. Además, se llega a observar que la curva carga
vs. deformación obtenida en el ensayo a exión tiene
un comportamiento lineal hasta llegar a la rotura, dan-
do como resultado una falla frágil y explosiva, lo que
indica que el MLE solo podría actuar en el rango lineal.
Palabras clave: madera laminada encolada, madera con-
tra laminada, Ecuador, pino, características, mecánicas.
Abstract:
In Ecuador, solid wood such as pine is available for
structural use and with which MLE (Glued Laminated
Wood) elements are already manufactured. In the
laboratory of the Housing Research Center (CIV) of
the National Polytechnic School, tests were carried
out according to the ASTM D198 standard (Standard
Static Test Methods for Wood in Structural Sizes) on 4
MLE beams made of pine, the dimensions are 0.14x0.
.32x4.10 m, being structural dimensions. These probes
were manufactured entirely in MADEBÚ, which is a
laminated wood industry located in Quito. The bending
test on beams that have dimensions of a structural nature
provides information that is closer to the real behavior
of these elements when they are part of a structure. It
is important to know the mechanical properties of this
type of parts (elastic modulus, bending resistance) and
compare them with results obtained with other similar
research since knowing the capabilities offered by this
material allows us to continue with the development and
implementation in manufacturing. industry. Ecuadorian
construction. Among the results obtained, it is evident
that there is a decrease of approximately 49% in the
properties of solid pine wood when forming laminated
elements. Furthermore, it is observed that the load vs.
deformation curve obtained in the bending test has a
linear behavior until reaching breakage, resulting in a
brittle and explosive failure, which indicates that the
MLE could only act in the linear range.
Keywords: Glued laminated timber, Counter-laminated
timber, Ecuador, pine, characteristics, mechanics.
Recepción: 18, 08, 2023 - Aceptación: 15, 11, 2023 - Publicado: 01, 01, 2024
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1. INTRODUCCIÓN
El avance tecnológico en la in-
dustria de la madera y en el campo de
la construcción, ha desarrollado produc-
tos como la madera laminada encolada
(MLE), lo cual ha permitido que este ma-
terial sea una alternativa para la fabrica-
ción de edicaciones de mediana y gran
altura. La MLE es una composición de
láminas de madera maciza, pegadas en
sus caras mediante adhesivos (Aghayere
y Vigil, 2017).
Es necesario conocer las propie-
dades mecánicas de la MLE para ga-
rantizar la seguridad de las estructuras
construidas con este material, y también
maximizar su eciencia y durabilidad.
(ASCE, 2019). Por lo tanto, es importante
realizar ensayos de laboratorio para obte-
ner sus resistencias, así como realizar una
correcta aplicación en el diseño y cons-
trucción de estructuras (Moya et al., 2019).
Las propiedades mecánicas,
como la resistencia y rigidez de la MLE,
pueden variar signicativamente, debido
a varios factores tales como, el contenido
de humedad (CH), temperatura, orienta-
ción de las bras, uniones entre láminas,
tipo de adhesivo, densidad, nudos e im-
perfecciones de las láminas que confor-
man el elemento laminado (Aghayere y
Vigil, 2017; Claudio y Emilio, 2008; Zhang
y Sc, 2019) (Gao et al., 2022). En gene-
ral, estos factores deben considerarse de
manera cuidadosa al diseñar y construir
edicaciones con MLE.
La densidad de la madera que se
utiliza para fabricar la MLE es un factor
que inuye en la cantidad de adhesivo
que se utiliza (Khoo et al., 2021). Asimis-
mo, el tipo de adhesivo utilizado inuye
en la resistencia y rigidez del elemento
fabricado (Wei et al., 2013). También la
orientación de las bras puede inuir en
la resistencia de la MLE, ya que la made-
ra tiene una mayor resistencia cuando las
solicitaciones actúan de manera paralela
a la bra (Wdowiak Postulak, 2022).
En Ecuador la industria de MLE
tiene como principales empresas a Made-
bú, que ofrece MLE con longitud de 13 m,
secciones de 14x80 cm y fabricados con
madera de pino.
También se encuentra Aglomera-
dos Cotopaxi, que tiene en su catálogo
elementos de 6 m de longitud y sección
de 7.5x18.5 cm. Finalmente, se encuentra
Indumadera, la cual dispone de produc-
tos con longitud de 12 m y secciones de
15x60 cm (Madebú, 2021; Aglomerados
Cotopaxi, 2021; Indumadera, 2023).
Diferentes investigaciones deta-
llan las propiedades físicas y mecánicas
del pino en Ecuador. Los valores de las
propiedades de estas investigaciones se
resumen en la tabla 1. (Arpi et al., 2018),
(Ecuador Forestal, 2021; Nugra, 2019).
Tabla 1
Propiedades del pino ecuatoriano como
madera maciza por diferentes autores
U.
Azuay.
E.
Forestal.
D.
Nugra.
Unidad
ρ
614.29 390 473.31 kg/m³
E
0
15
202.11
11 020 13780 MPa
F
b,0
30.01 55.50 32.93 MPa
Nota: ρ Densidad, E
0
Modulo elasticidad,
F
b,0
Resistencia a exión paralela
Fuente: Arpi et al., 2018; Ecuador Forestal, 2021; Nugra,
2019.
Otros autores han realizado ensa-
yos en vigas de MLE, bajo condiciones
similares de normativa y con madera per-
teneciente a la familia Pinaceae (tabla 2).
Estos investigadores diseñaron y
fabricaron sus probetas. Entre ellos se en-
cuentra Recalde (2015) de la Universidad
Central del Ecuador, quien trabajó con
muestras pequeñas y, García y Muñoz,
(2015) de la Universidad del Azuay, con
trabajos con muestras grandes.
No se ha encontrado publicacio-
nes sobre propiedades mecánicas de vi-
gas de MLE que sean producidas por la
industria ecuatoriana. Por eso la importan-
cia de la caracterización de la MLE que se
comercializa en Ecuador.
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Tabla 2
Propiedades del pino ecuatoriano como MLE
por diferentes autores
F. Recalde
García y
Muñoz
Unidad
ρ 550.00 581.00 kg/m³
E
0
5000.00 10 450.00 MPa
F
b,0
34.90 7.73 MPa
Nota: ρ Densidad, E
0
Modulo elasticidad, F
b,0
Resistencia a exión paralela
Fuente: Recalde, 2015; García y Muñoz, 2015.
2. OBJETIVOS
Caracterizar las propiedades físi-
cas y mecánicas de vigas de madera la-
minada encolada MLE, sobre la base de
madera maciza producida en Ecuador
mediante ensayos de laboratorio.
Obtener mediante ensayos de la-
boratorio las propiedades físicas y mecá-
nicas de elementos MLE, fabricados en la
industria ecuatoriana.
3. METODOLOGÍA
Se adquirió 4 probetas de MLE en
la empresa Madebú ubicada en Quito, las
cuales están fabricadas a partir de pino
producido en Ecuador. Las dimensiones y
ensayos se realizaron con base a la nor-
mativa (ASTM D198, 2015).
Las dimensiones de las probetas
(VF-01, VF-02, VF-03, VF-04) se detallan
en la tabla 3. Las láminas tienen un espe-
sor aproximado de 4 cm y las secciones
un total de 8 láminas. Además, la unión
longitudinal entre láminas es de tipo nger
joint, la cual tiene por base la realización
de un dentado en los extremos de la ma-
dera, para aumentar la supercie de en-
colado y por tanto su resistencia (Corma,
2015).
Los ensayos se realizaron en el
Centro de Investigación de la Vivienda
(CIV), perteneciente a la Escuela Politéc-
nica Nacional localizada en Quito. Se uti-
lizó una máquina universal (capacidad de
100 toneladas) y la deformación se midió
a través de un transductor de desplaza-
miento lineal variable LVDT (apreciación
0.001 mm).
Tabla 3
Dimensiones de probetas de MLE
Probeta
Dimensiones
b(m) d(m) Lo(m)
VF-01
0.141 0.321 4.099
VF-02
0.140 0.320 4.100
VF-03
0.141 0.321 4.099
VF-04
0.140 0.321 4.100
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
Procedimiento. Según la norma NCh
2165, los nodos e imperfecciones mayo-
res a 6 mm pueden afectar la resistencia
del material. (NCh 2165, 2015). Por lo cual
se marcaron en las 4 caras de las probe-
tas. Esto se indica en la gura 1.
Figura 1. Marcación de nodos
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
Se midió el contenido de humedad
mediante un higrómetro electrónico (Ecua-
dorGPS, 2022) y el peso de cada una de
las probetas antes de realizar el ensayo,
como se observa en la gura 2.
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Figura 2. Medición de contenido de humedad e
instrumentación de los equipos.
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
La carga puntual aplicada por la
máquina universal se transrió por una
viga y rodillos de acero, colocados a un
tercio de la luz, como se aprecia en la gu-
ra 3. Además, se colocó el deformímetro
LVDT en el centro de la luz en su parte
inferior. Posteriormente se inició el ensayo.
Para la ejecución del ensayo a e-
xión se realizó siguiendo las especicacio-
nes de la norma ASTM D198, donde indi-
ca que los momentos ectores, cuando se
aplican dos cargas puntuales, cada una a
los tercios de la luz, son similares a los ob-
tenidos por una carga uniformemente dis-
tribuida sobre toda la viga. Por esta razón
se eligió dicha disposición de cargas.
La distancia entre puntos de carga
(a) se encuentra principalmente en función
del peralte de la viga (d). Para obtener las
propiedades de resistencia a exión y mó-
dulo de elasticidad, debe cumplirse que
la relación a/d se encuentre entre 4 y 6 (-
gura 3).
La norma ASTM D198 establece
las ecuaciones 1 y 2 para obtener el mó-
dulo de elasticidad y la resistencia a e-
xión respectivamente.
(1)
Donde:
E: Módulo de elasticidad
P: Carga puntual aplicada por la máquina universal
a: Distancia entre cargas puntuales
l
st
: Longitud entre apoyos extremos
b: Base de la probeta
d: Peralte de la probeta
∆
st
: Deexión libre de cortante (en el centro de la
luz de la probeta)
(2)
Donde:
f
b
: Esfuerzo resistente a exión
P: Carga puntual aplicada por la máquina universal
a: Distancia entre cargas puntuales
b: Base de la probeta
d: Peralte de la probeta
La madera es un material higros-
cópico, ya que cambia de masa y volu-
Figura 3. Colocación de viga MLE en posición de ensayo
a exión.
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
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men según su contenido de humedad.
Por lo tanto, es importante expresar las
condiciones bajo las cuales se obtiene la
densidad (Corma, 2015). La densidad de
la MLE correspondiente a su contenido de
humedad se obtuvo mediante el peso y el
volumen de la probeta a ensayar.
(3)
Donde:
ρ
CH
: Densidad de la madera (
kg
–––
m ³
)
P: Peso de la probeta al momento de ensayar (Kg)
V: Volumen de la probeta (m³)
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla 4 se detallan los resul-
tados de: contenido de humedad, peso,
volumen y densidad de cada probeta.
Estas mediciones se realizaron antes de
realizar los ensayos, principalmente por el
contenido de humedad (CH), ya que este
puede variar según la humedad del lugar
de almacenamiento.
Tabla 4
Propiedades de probetas de MLE
Probeta
Propiedades probeta
C.H. (%)
Peso
(kg)
Volumen
(m³)
Densidad
(kg/m³)
VF-01
9920 93 000 0.186 501 281
VF-02
9250 88 000 0.184 479 094
VF-03
10 250 85 500 0.186 460 855
VF-04
9080 87 000 0.184 472 174
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
Los resultados de los ensayos a
exión se muestran en la tabla 5, donde
se detalla las resistencias a exión en el
límite elástico (L.E.) y rotura (ROT.), tam-
bién se muestra el módulo de elasticidad
y el de rotura.
Tabla 5
Resultados de ensayos a exión
VF-01 VF-02 VF-03 VF-04 Promedio
P (L.E)
62.2 62.9 56.7 73.2 63.7
∆ (L.E)
26.0 26.8 23.5 29.8 26.5
Fb (L.E)
16.9 17.1 15.4 19.9 17.3
E
7728.6 7596.8 7793.4 7957.0 7768.9
P (ROT)
109.8 71.5 93.6 99.6 93.6
∆ (ROT)
45.0 29.8 36.3 39.0 37.5
Fb
(ROT)
29.9 19.4 25.5 27.1 25.5
E (ROT)
7888.3 7766.5 8349.8 8259.0 8065.9
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
En la gura 4 se observa una rela-
ción lineal entre la aplicación de carga y
su deformación hasta casi llegar a la falla.
Los resultados se presentan en la siguien-
te gura:
Figura 4. Diagrama de carga vs deformación del ensayo
a exión
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
Las fallas que presentaron las pro-
betas se indican en la gura 5, donde se
visualiza que la falla inicia en la parte in-
ferior y de manera inclinada hacia arriba.
Particularmente en una de las probetas
esta falla se produjo en una unión nger
joint de la última lámina de la probeta.
Además, las fallas que se produjeron, se
pueden catalogar como de tipo frágil, ya
que no presentó una zona de uencia del
material.
Figura 5. Falla en la viga de MLE
Fuente: Maliza y Mejía, 2023.
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Contenido de Humedad. Los valores ob-
tenidos se encuentran entre el 9 y 10 %.
Según la norma (NDS, 2018), el CH para el
uso de MLE como elementos estructurales
es de máximo 16 %, en la norma ecuato-
riana (NEC SE MD, 2015) “Diseño de es-
tructuras de madera”, indica que el CH es
19 %, por lo cual, los valores de las pro-
betas ensayadas se encuentran dentro de
los límites permitidos por las normativas.
Densidad. El contenido de humedad y la
densidad están relacionados directamen-
te, ya que, el agua que contiene la made-
ra varía la densidad del elemento. En las
investigaciones resumidas en la tabla 2, la
densidad de la MLE está entre 550 kg/m3
y 580 kg/m3, mientras que en las probetas
ensayadas se tiene un promedio de 478
kg/m3 (con un CH promedio de 9.5 %), lo
cual es cercano a los valores de otras in-
vestigaciones.
Módulo de elasticidad. El módulo de
elasticidad de la madera maciza, según
otras investigaciones, se encuentra en-
tre 11 000 y 15 000 MPa, mientras que la
MLE entre 5000 y 10 000 MPa. Según los
resultados de los ensayos el módulo de
elasticidad es de 7768.94 MPa, similares
a los valores descritos en la tabla 1. Sin
embargo, este es menor a las propieda-
des originales de la madera maciza, con
una reducción de aproximadamente 49 %,
lo que indica una disminución de la rigi-
dez de la madera maciza al conformar ele-
mentos laminados.
El valor de módulo de elasticidad
de los ensayos reeja que el material es
relativamente elástico, por lo cual, al mo-
mento de utilizarse en la fabricación de
edicaciones, se debe proveer de otros
elementos o materiales que aporten la ri-
gidez necesaria a la estructura.
Módulo de rotura. Como se puede apre-
ciar en la gura 4, se tiene una deforma-
ción lineal prácticamente hasta llegar a la
rotura, por esto el módulo de elasticidad
y rotura son similares, siendo E= 7768.94
MPa y E
rot
= 8065.89 MPa. Por lo cual la
MLE no presenta una zona de deforma-
ción plástica que pueda advertir su falla.
Debido a esto, el material puede utilizarse
para diseños estructurales únicamente en
el rango lineal. Además, en la normativa
(NEC-SE-MD, 2015) se menciona que las
estructuras fabricadas sobre la base de
madera maciza o laminada únicamente
trabajarán en el rango elástico.
Resistencia a la exión. La resistencia a
exión de la madera maciza según otras
fuentes se encuentra entre 30 y 33 MPa
(tabla 1); en cambio, en MLE se tiene entre
7 y 35 MPa (tabla 2). En los resultados de
los ensayos se tiene una resistencia a e-
xión hasta el límite elástico de 17.34 MPa
y a la rotura de 25.47 MPa (tabla 5). Por
ende, también se presenta una disminu-
ción entre los valores de madera maciza
a MLE de aproximadamente 42 %. Esto se
debe a la estructura de la madera maci-
za, que tiene una dirección de grano con-
tinuo, que permite a la madera soportar
mejor las cargas de exión sin fracturarse.
Por otro lado, la MLE está compuesta por
varias capas, determinando que la MLE
sea más propensa a la delaminación o a
la separación de las capas bajo cargas de
exión, lo que reduce su resistencia, ade-
más dependerá de la calidad de adhesión
de las vigas (Parra, 2019).
5. CONCLUSIONES
El contenido de humedad de la
madera es un factor importante en la cons-
trucción de edicaciones. Según normas
americanas y latinoamericanas el límite de
CH para elementos estructurales es en-
tre 12 y 16 %. En el caso de las probetas
ensayadas (CH 9 a 10 %), se encuentran
dentro de este límite, por lo cual, sus resul-
tados son representativos para elementos
estructurales.
La disminución del módulo de
elasticidad y resistencia a exión entre
madera maciza y MLE se puede presen-
tar, debido a que los elementos de MLE
están fabricados a partir de pequeñas lá-
minas encoladas entre sí y no forman un
elemento sólido en su totalidad, además,
la presencia de nudos, imperfecciones y
ubicación de uniones nger joint afectan a
la resistencia del elemento.
Los valores obtenidos de módulo
de elasticidad y resistencia a exión son
similares a otros autores, sin embargo, las
propiedades mecánicas de la MLE de-
penderán de factores como son el tipo de
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uniones, su ubicación, el contenido de hu-
medad, entre otros.
La falla de los elementos se puede
considerar frágil, ya que no llega a desarro-
llar una zona de deformación plástica gran-
de, así que, para la construcción de edi-
caciones se necesita de elementos que
produzcan una falla dúctil en la edicación,
como pueden ser conexiones metálicas.
Las fallas en de vigas de MLE pue-
den ocurrir en la unión de las láminas de-
bido a la debilidad del adhesivo utilizado,
a la falta de uniformidad en la densidad
de la madera o a la presencia de defectos
como nudos o grietas en la madera. Estos
factores pueden afectar la capacidad de
la viga.
La principal ventaja de la MLE en
comparación con la madera maciza es la
posibilidad de obtener secciones de gran
tamaño y grandes longitudes, ya que en
la madera maciza estas se encuentran li-
mitadas al diámetro y longitud del árbol,
además del tiempo que demora en crecer
el mismo.
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