Diferencias entre estructuras de madera, acero y hormigón
Los tres materiales más usados en la construcción son madera, acero y hormigón. En este artículo vamos a ver las diferencias entre estructuras de madera, acero y hormigón y comparar estos tres productos característicos, según los valores del marcado CE.
La madera es un material diseñado para trabajar en dirección de la fibra, las mejores prestaciones de este material son trabajando a flexión con una buena relación resistencia peso. El hormigón está diseñado para trabajar a compresión donde se obtienen los mejores resultados. El acero tiene muy buenas resistencias pero trabajando a compresión puede presentar problemas de pandeo por su esbeltez.
En la siguiente tabla vemos las diferencias entre madera, acero y hormigón para uso estructural a partir de su resistencia a flexión, tracción, compresión, cortante, módulo de elasticidad, densidad y precios:
Material |
Flexión
(N/mm2) |
Tracción
(N/mm2) |
Compresión
(N/mm2) |
Cortante
(N/mm2) |
Módulo de elasticidad medio (N/mm2) | Densidad (kg/m3)
|
Precios (euros/m3)* |
||
0º |
90º | 0º |
90º |
||||||
Madera- C24 |
24 |
14 | 0,5 | 21 |
2,5 |
2,5 |
11.000 | 420 | 300 – 400 |
Hormigón-HA25 |
– | 1,79 | 25 | 1,79 |
32.000 |
2.500 |
60 – 80 | ||
Acero-S275 | 275 | 275 | 275 | 158 | 210.000 | 7.850 |
8.000 |
*Estos precios son solo como referencia, a consultar en función de disponibilidad, acabados, propiedades,…
Nota: 0º es cuando el esfuerzo va en la dirección de la fibra y 90º cuando el esfuerzo se aplica perpendicular a la fibra de la madera.
El código técnico de edificación aplica un coeficiente penalizador a la resistencia de cada material; para el acero es 1,05, para la madera 1,25 o 1,30 y para el hormigón 1,5.
Es necesario considerar otros aspectos para el cálculo estructural como los estados límites de servicio (deformaciones, vibraciones, etc…), pandeos, vuelcos y cálculos en situación de fuego, por lo que se puede decir que no hay una regla de oro, pero el conocimiento de los distintos materiales ayuda a un perfecto dimensionamiento y una solución óptima para cada problema.
Otra parte muy importante son las emisiones de CO2 equivalente según el sistema constructivo y el carbono almacenado. Según una publicación de EPA “Environmenal Protection Agency” de Estados Unidos del 2016 muestra las diferencias de emisiones netas de CO2 en la producción de diferentes materiales y el carbono almacenado. Los árboles en su formación y por la fotosíntesis almacenan carbono, además de emitir menos dióxido de carbono en su transformación por ello, frente al acero o hormigón contribuyen a frenar el cambio climático generando menos emisiones e incluso almacenando carbono con emisiones negativas, es decir, almacenando más carbono del que se emite. En la siguiente tabla vemos una comparación de emisiones entre madera, hormigón y acero:
Material |
Emisiones netas (kg CO2/t) | Almacenado (kg CO2/t) |
Madera aserrada |
33 | 490 |
Hormigón | 265 |
0 |
Acero | 694 |
0 |
La madera tiene muchas otras prestaciones, de por sí es un aislante natural, no como el hormigón o acero, es higroscópico y regula la humedad en el interior de forma que en verano cede humedad al ambiente y en invierno absorbe humedad aumentando la confortabilidad y tiene una mayor calidad estética y muchas veces se decide dejar sin recubrimientos para su apreciación.
Por ejemplo para realizar una viga de 7,5 metros de luz con un carga permanente de 0,75 KN/m y 3 KN/m de sobrecarga de uso se necesitaría de hormigón armado 206kg/m, de acero 15 kg/m y de madera 29 kg/m. (J. Natterer)
Esto supondría:
Material |
Kg viga 7,5 metros | Emisiones netas (kg CO2/t) | Almacenado (kg CO2/t) |
Precio aproximado con montaje |
Madera |
217,5 | 7,17 | 106,57 |
350 |
Hormigón armado |
1.545 | 409,42 | 0 |
370 |
Acero perfil H | 112,5 | 78,07 | 0 |
350 |
*Los precios son aproximados y hay que tener en cuenta los distintos materiales y tratamiento que se aplican a cada material.
Como se observa en la tabla, la madera sería la solución más ecológica, además compite en precio con los otros materiales. En España el uso de madera estructural no está muy instaurado y esto se debe en gran parte al desconocimiento de este material que compite perfectamente con el acero y hormigón, más arraigados a la cultura constructiva de esta última mitad de siglo español.
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