Madera preservada con creosota en obras civiles

MADERA PRESERVADA CON CREOSOTA EN OBRAS CIVILES
En el siglo 19 en Norteamérica existió una poderosa demanda de puentes dada por el
establecimiento del ferrocarril y la expansión de las carreteras; entre 1805 y 1885 se
construyeron más de 10 mil puentes techados íntegramente construidos en madera
(actualmente hay más de 70 mil estructuras de este tipo).
1840 marca un hito en la historia de los puentes ya que por primera vez William Howe
(Massachussets) patentó un puente que utilizó vigas de metal junto con elementos de
madera en la superestructura. Adicionalmente, se considera que esta fue también el inicio
del cálculo estructural en puentes. La patente de Howe dio origen a muchos de los
puentes hoy en uso.
El siglo 20 se caracterizó en sus inicios por dar espacio a un intenso desarrollo de la
construcción de puentes metálicos y de hormigón; en 910 el costo de dichos materiales
determinaba que se podía construir más barato con ellos que con madera y salvo por las
fijaciones, en los puentes de madera hubo poco desarrollo.
No obstante, luego de la introducción de la tecnología de la preservación química de la
madera para puentes en 1940, la introducción de la madera laminada en 1960, el
desarrollo de los puentes tensados en 1970, sumado al incremento del precio de las
materias primas requeridas en la producción de acero y hormigón, los puentes de madera
modernos se convirtieron nuevamente en la opción preferida cuando se trata de luces
inferiores a 27 metros y/o cuando se combinan tableros de madera preservada tensados
en la superestructura con acero u hormigón en la infraestructura para luces de mayor
extensión.
Puente post-tensado preservado con creosota (ew Hampshire, USA)
VIDA ÚTIL DE LA MADERA DE PUENTES EN CHILE
En Chile los puentes de madera actualmente poseen un alto requerimiento de
conservación y un bajo rendimiento, en particular en las regiones ubicadas al sur de la VII
Región, donde se verifica que existe la necesidad de comenzar a reponer piezas a los 2
años después de instalados y la mayoría de ellas debe ser repuesta alrededor de los 5
años de ejecutada una obra nueva.
Este hecho se debe a que la madera en aplicación no posee protección natural a la
pudrición ni tampoco se le aplica un tratamiento de preservación (impregnación) de vacío
y presión estandarizado que garantice su inmunización frente a los agentes de la
descomposición (hongos, insectos, radiación UV, intercambio de humedad, erosión
eólica).
Cuando se comenzó a construir estas obras viales, hace más de 50 años, los
constructores usaron la especie forestal roble (othofagus obliqua), la cual una vez que
alcanza el estado pleno de maduración (sobre 200 años de edad) produce maderas con
una alta concentración de fenoles y taninos (pellín) que confieren a la madera resistencia
natural contra la descomposición. Sin embargo esta especie fue intensamente cosechada
y nunca se replantaron los árboles extraídos, por lo cual en el mercado hoy sólo se
dispone de maderas juveniles (hualle) provenientes de roble u otras como coigüe que en
ningún caso posee resistencia natural al ataque de hongos y organismos xilófagos.
EL ESTADO DEL ARTE DE LA TÉCNICA
En cuanto a desarrollo tecnológico, en la actualidad se observa que países como
Noruega, Finlandia, Suecia, Suiza, Canadá y Estados Unidos de Norteamérica poseen un
fuerte liderazgo. En ellos la madera se aplica intensamente como elemento constructivo
en puentes de diversa envergadura tanto en forma de madera sólida, laminada,
aglomerada encolada con diseños de arcos, cerchas como en tableros tensados,
combinando su participación con acero y hormigón como también en aplicaciones donde
sólo se consultan elementos de madera.
Los países líderes en el uso de maderas en estructuras que sirven a la intemperie se
caracterizan porque éstas están siempre protegidas con químicos preservantes que
impiden su degradación temprana y le permiten expresar su máximo potencial resistente
manteniendo la madera sus propiedades físico – mecánicas inalteradas por efectos
ambientales. Los tratamientos de preservación se aplican siguiendo procedimientos
estándares o normas de preservación al vacío y presión cuya efectividad está probada y
garantizada.
En general, existen dos grandes grupos de preservantes químicos de la madera: (a) los
hidrosolubles (b) los óleo-solubles. Entre los hidrosolubles, el que tiene mayor aplicación
es la sal de cobre CCA (Sulfato de Cobre, Cromo y Arsénico). Entre los óleo solubles el
de mayor aplicación es la creosota destilada de alquitrán de hulla.
1.
Normativa ASSHTO (Norteamérica)
El Manual ASSHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials)
establece que la madera que se consulte para la construcción de puentes debe tratarse
químicamente siguiendo los preceptos de contenidos estándar C14 – 99, del libro de
estándares de la AWPA (Amercian Wood – Preservers’ Association). Según este último se
recomienda aplicar un preservante oleoso, como creosota destilada de alquitrán de hulla o
pentaclorfenato de sodio debido a las propiedades hidrorrepelentes de ellos. No obstante,
cualquiera de los dos que se considere, deben aplicarse exclusivamente mediante
procesos de vacío y presión que cumplan con la metodología y los resultados previstos en
los estándares antes indicados, en particular en lo referido a contenido de humedad de la
madera, retención y penetración del químico.
A. Preservación con creosota
•
Impide la acción de organismos que naturalmente se alimentan de madera
(xilófagos) y producen su desintegración en forma acelerada, tales como termitas,
hongos, insectos lo que puede llevar a un colapso imprevisto de la estructura.
•
Permite generar una barrera aceitosa impermeable, con lo cual impide la acción de
absorción y entrega de agua desde y hacia el medioambiente, lo que lleva a permanentes
cambios dimensionales de las piezas, aumenta el agrietamiento, ocasiona el
desprendimiento de las fijaciones y facilita la acción de microorganismos xilófagos.
•
Aísla la madera del efecto de radiación UV y del viento, dos factores que degradan
las fibras más externas y facilitan la penetración de microorganismos que se alimentan de
celulosa, provocando la descomposición de la madera que sirve a la intemperie.
•
Permite una vida útil de la madera de 30 a 50 años, siempre y cuando la cantidad
de químico retenida por m3 de madera que sea especificada.
•
Las retenciones de creosota recomendadas por la normativa para aplicaciones de
maderas a la intemperie que sirven hincadas en la tierra como infraestructura o sobre ésta
como superestructura varían entre 118 y 200kg de químico por m3 de madera tratada
(NCh786.Of1995, NCh790.Of1995 y AWPA C14-01)
B.
Preservación con sales hidrosolubles CCA (sulfato de cobre cromo y arsénico)
•
Impide la acción de organismos que naturalmente se alimentan de madera
(xilófagos) y producen su desintegración en forma acelerada, tales como termitas,
hongos, insectos lo que puede llevar a un colapso imprevisto de la estructura.
•
Permite aumentar considerablemente la vida útil de la madera, si se cumple con los
parámetros exigidos de retención según la NCh 819.
•
Las retenciones recomendadas por la normativa para aplicaciones de maderas a la
intemperie que sirven hincadas en la tierra como infraestructura o sobre ésta como
superestructura varían entre 9,6kg y 12kg de óxidos activos por m3 de madera tratada
(Nch819 y AWPA C14-01)
2.
Normativa europea
La normativa europea establece la aplicación de tratamientos de vacío y presión con
creosota destilada de alquitrán de hulla en los casos ferroviarios, vial y eléctrico. Tanto los
estándares unificados EN como los estándares propios en cada país como los BS definen
con precisión cada tipo de aplicación en las industrias antedichas. Las normativas son
entre sí y comparadas con las norteamericanas casi idénticas y en términos generales en
ellas se establecen las exigencias físico –químicas de la creosota, un máximo contenido
de humedad en la madera antes de impregnarla y un mínimo de retención y penetración
en la madera. Ver estándar británico BS 144, recomendaciones para el tratamiento con
creosota para alcanzar una vida útil de la madera de 15, 30 y 60 años.
Las imágenes siguientes grafican las diversas aplicaciones en obras de infraestructura
pública:
Puente Tynset, Oslo, Noruega, sobre el río Glomma en el condado de Hedmark, oruega, a unos
400kn al norte de Oslo. Este es el puente de madera con la mayor luz en el mundo: 70m. Está
integrado al sistema nacional de carreteras y ha sido diseñado para soportar camiones de hasta 60
toneladas de peso, contando con un ancho de 7 metros y 125 metros de largo. En su construcción
se emplearon 400m3 de maderas coníferas laminadas, 200m3 de maderas coníferas sólidas
aserradas, equivalentes a 5.000 árboles y 95 toneladas de acero. La madera fue tratada con un
doble tratamiento: primero impregnación con sales CCA y luego un sellado exterior con creosota
destilada de alquitrán de hulla, lo que se estima provee protección para 100 años de vida útil,
contemplando las protecciones de diseño de la estructura.
Puente Flisa, Headmark, oruega, ubicado a 150km de Oslo. Construido en junio de 2003. Posee
196m de largo. En su construcción se utilizaron 900m3 de Madera conífera laminada y aserrada
(7.000 árboles) y 200 toneladas de acero con un costo de 3,5 millones de euros. La madera
aplicada fue impregnada con doble tratamiento de preservación: sales CCA y segundo tratamiento
de sellado con creosota destilada de alquitrán de hulla, calculando que su vida útil sea superior a
100 años.
Puente vehicular sobre el río Rin, Alemania. Se observa parte de la estructura tal
como vigas longerinas, transversales, arriostres y tablón resistencia. La madera es
pino escocés impregnado con creosota.
LA APLICACIÓN EN CHILE DE PRESERVACIÓN DE MADERA CON CREOSOTA
Existe amplia y extensa literatura relativa a experiencias, normativa e informes que
entregan antecedentes relacionados a madera industrialmente preservada por
procesos de vacío y presión; fijando condiciones, estableciendo usos y resultados
de los diferentes tratamientos disponibles, algunos de los cuales se presentan a
continuación.
La normativa chilena (NCh786.Of1995, NCh790.Of1995, NCh 819) sobre la materia
tiene sus orígenes en la década del 60 y la normativa norteamericana (libro de
estándares AWPA) data de 1904.
1. MOP, Centro de Transferencia Tecnológica y Departamento de Ingeniería
Civil, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción
En el año 2002 el Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de
la Universidad de Concepción, con financiamiento del Fondo de Innovación
Tecnológica del Ministerio de Obras Públicas (MOP), inició los estudios para
transferir la tecnología de tableros tensados de madera en el marco del proyecto
“Puentes de Madera Tensada”, investigación que condujo a proponer una
metodología de diseño y que fue llevada a la práctica a fines de 2003 con la
construcción un puente modelo sobre el río Cautín, en la ciudad de Cajón, en la IX
Región. Según el estudio de homologación de estándares constructivos, por su
capacidad para evitar el efecto de la humedad y combatir los agentes de la
pudrición la madera requerida para esta aplicación debe ser impregnada al vacío y
presión con creosota, que fue exactamente el tratamiento que se aplicó en el
prototipo construido y que luego de 4 años de servicio se encuentra en perfectas
condiciones, conforme a lo esperado por el diseño consultado. Ver artículo adjunto
en Anexo II.
Puente tensado sobre las aguas del río Cautín
2. MOP, Dirección de Validad XI Región
En el año 1998 la Dirección de Vialidad de la XI Región renovó la totalidad de la
superestructura compuesta por tableros de madera y algunas sopandas y vigas de
madera en 3 puentes y pasarelas peatonales de la región aplicando 189 toneladas de
madera de coigue, roble y ulmo preservada al vacío y presión con creosota y petróleo
siguiendo lo recomendado por el estándar C14 – 99 del libro de estándares de la AWPA
(American Wood – Preservers’ Associarion) de Norteamérica, la cual hasta la fecha de
este informe (9 años de servicio) muestra un comportamiento libre de degradación
ambiental, tal como se prevé en la literatura técnica.
En el año 2006 la Dirección de Vialidad de la XI Región, convencida de la necesidad
de preservar industrialmente la madera que usa para conservar los puentes, y contando
con las experiencias realizadas, confeccionó una especificación propia para el suministro
de maderas preservadas industrialmente al vacío y presión que hoy es parte integrante de
las bases técnicas de las obras que licita. Según dicha especificación, la madera a
emplear debe ser madera de la clase estructural E4 (NCh1989. Of86) o superior,
principalmente coigue, roble, ulmo o tineo, debe calificar en el grado que se indica según
su aplicación en los tableros y debe estar preservada al vacío y presión con una mezcla
de de cresota y petróleo conforme a lo especificado en el estándar AWPA C14 – 99. Ver
especificación técnica adjunta.
En la XI región la Dirección de Validad tomó como solución la aplicación de estructuras
convencionales de madera no tensada, pero impregnada con creosota, según se observa en
la foto de la pasarela ubicada sobre el río Ventisquero.
3. MOP, Dirección de Obras Portuarias, regiones I, II, III, IV, VIII, X
Desde 1999 la Dirección de Obras Portuarias (DOP) del MOP ha especificado el uso
de la preservación al vacío y presión con una solución de creosota y petróleo para la
madera que se emplea como defensas portuarias en todas las obras de conservación y
mejoramiento de los muelles de pescadores desde la I hasta la X región. Basada en los
estándares norteamericanos AWPA, la DOP elaboró una especificación propia que
incorpora a las bases de licitación de las obras a las que llama a concursar. En este
cuerpo técnico se establecen requisitos de contenido de humedad máximo para la madera
y retención y penetración mínimas del preservante en la madera, según se verifica en la
copia adjunta. La experiencia práctica muestra que defensas portuarias de coigüe o roble
de sección transversal 8”x10” sin preservar eran completamente degradadas por
horadadores marinos del la clase moluscos y crustáceos ente dos y tres años. En la
actualidad, se ha observado en las obras ejecutadas desde 1998 que maderas
preservadas al vacío y presión según la especificación señalada poseen 9 años en
servicio sin evidencia de daño.
LA APLICACIÓN DE MADERA IMPREGNADA CON CREOSOTA EN LA
INDUSTRIA FERROVIARIA
En todos los países de la Unión Europea y Norteamérica la creosota es el preservante
que se usa en todas las aplicaciones ferroviarias, tanto en los durmientes de plena vía,
como en los cambiavías y durmientes de puente.
Revisada la normativa y la praxis en los países que en la actualidad poseen la normativa
más exigente en protección del medio ambiente, tales como Inglaterra, Suecia, Suiza,
Alemania, Noruega y Finlandia y también Norteamérica, se comprobó que en todos ellos
la aplicación de creosota destilada de alquitrán de hulla está recomendada y es aplicada
para durmientes de plena vía, cambiavías y durmientes de puente, sin excepción, como
se observa en las imágenes que se adjuntan. Se acompaña especificación de compra de
Networkrail, el organismo a cargo de las vías férreas en el Reino Unido.
Un aspecto remarcable que se encuentra presente en todas las normativas de
construcción y conservación de estructuras ferroviarias revisadas es el establecimiento de
la necesidad de preservar con aceite fungicida e insecticida las maderas que sirven como
elementos estructurales a la intemperie por las siguientes razones: (1) es necesario
impedir la acción de organismos que naturalmente se alimentan de madera (xilófagos) y
producen su desintegración en forma acelerada, tales como termitas, hongos, insectos, lo
que puede llevar a un colapso imprevisto de la estructura; (2) es necesario colocar una
barrera aceitosa impermeable e impedir la acción de absorción y entrega de agua desde y
hacia el medioambiente, lo que lleva a permanentes cambios dimensionales de las
piezas, aumenta el agrietamiento, ocasiona el desprendimiento de las fijaciones y facilita
la acción de microorganismos xilófagos; (3) es necesario aislar la madera del efecto de la
radiación UV y del viento ya que ambos factores degradan las fibras más externas de la
madera y facilitan luego la penetración de microorganismos que se alimentan de celulosa
conduciendo a la descomposición del durmiente; (4) un tratamiento de preservación con
creosota realizado conforme a la normativa ASTM permite una vida útil de la madera de
30 a 100 años según la cantidad de químico que sea especificada; (5) el costo de
reposición de la madera en estructuras complejas como la vía férrea convencional, la vía
férrea en zona de cambiavías o con mayor razón sobre un viaducto es muy alto y su
colapso normalmente conlleva un alto riesgo si la estructura está sometida a tráfico
permanente.
Puente “Royal Albert Bridge” Reino Unido, emplea durmientes de madera de
200mmx300mmx3.500mm, impregnados con creosota; es conservado por la empresa etworkrail,
UK.
Puente de la Estación “Deje” Suecia, emplea durmientes de madera de 225mmx225mmx3.500mm,
Impregnados con cresota; es conservado y operado por Banverket, Suecia.
Puente de la Estación “Daglösen” Suecia, emplea
225mmx250mmx3.500mm,
Impregnados con cresota; es operado por Banverket, Suecia.
durmientes
de
madera
de
Puente “Lyrestad” Suecia, emplea durmientes de madera de 225mmx225mmx3.000mm,
Impregnados con cresota; operado por Banverket, Suecia.
Puente Aare, en Interlaken, Suiza, operado y conservado por la SBB (ferrocarril estatal
suizo); utiliza durmientes de 250mm x 250mm x 3.500mm impregnados con creosota
Puente Hohenzollernbrücke, sobre el río Rin, Colonia, Alemania; operado y conservado por
la DB (ferrocarril estatal alemán); utiliza durmientes de 250mm x 300mm x 4.600mm
impregnados con creosota. Los durmientes se observan debajo de la protección metálica
instalada entre los rieles.
Puente del tranvía de Trondheim, oruega, emplea durmientes de pino escocés de 225mm x
250mm x 3.000mm impregnados con creosota.
Puente ferroviario para vías de CSX Transportation sobre un afluente del río Delaware,
Philadelphia, USA; Pilotes, vigas estructurales, tablero y durmientes son de maderas
impregnadas con creosota. Las barandas son de pino amarillo del sur impregnadas con
Pentaclorofenato de sodio.
Puente ferroviario para vías de CSX Transportation sobre el río Mississippi, Illinois,
USA; durmientes de 200mm x 250mm x 3.500mm.
Puente ferroviario para vías de Southern Pacific sobre el río Salt River, Tempe,
Arizona,USA; durmientes de 200mm x 250mm x 3.500mm.
APLICACIÓN SEGURA DE LA MADERA IMPREGNADA CON CREOSOTA
La aplicación de creosota destilada de alquitrán de hulla, como otros pesticidas, en los
países desarrollados está regulada y restringida de forma tal de que su uso sea seguro
tanto para el ser humano como para el medio ambiente.
En la Unión Europea nuevas regulaciones están vigentes a partir del 5 de junio de 2003,
según las cuales su producción, comercialización y aplicación está normada por el
estándar EN13991:2003, el cual también presenta referencias cruzadas con los
estándares: ASTM D246-95, 91/155/EEC, 2001/58/EC, ISO 3733, EN1014-1, EN1014-3,
EN1014-4, EN12303:2000, BS 144:1997, ENISO 2719, ISO 2719:2002, ISO 386 e ISO
760.
La revisión de estas normativas permite establecer que la creosota destilada de alquitrán
de hulla no puede ser vendida a particulares, sino sólo a organismos o personas naturales
o jurídicas que de acuerdo a la ley tengan la categoría o estén certificadas o licenciadas
como “profesionales expertos” en su manejo, los que deben contar con una instalación
industrial donde este químico pueda ser aplicado mediante vacío y presión
exclusivamente para la impregnación de los siguientes productos autorizados:
Durmiente de ferrocarril (de plena vía, cambia vía, viga transversal de puente,
viga longerina de puente, solera de puente)
Postes para la conducción de energía eléctrica y telefonía
Cruceta y brazos eléctricos para baja, media y alta tensión
Pilotes marinos para muelles en agua dulce o salada
Puentes o viaductos (pilotes, sopanda, viga longerina o transversal, tablero y
barandas)
Postes de cerco
Según la misma normativa, que se promulgara en 2003 como decreto con fuerza de ley
en todos los países de la Unión Europea, queda prohibida la venta de creosota al público
en general y prohibida la aplicación de creosota en forma artesanal o amateur mediante
brocha o baño por inmersión para cualquier uso y queda prohibida su aplicación en
cualquier forma al interior de edificios residenciales.
Los profesionales expertos certificados para el manejo del químico deben garantizar la
implementación de medidas de seguridad en las instalaciones industriales donde se
destila creosota o donde se impregna madera al vacío y presión, con ello asegurando la
salud de las personas que laboran en tales establecimientos, como también debe
garantizar que el proceso de destilación y de impregnación cumpla con los estándares EN
(European Committee for Standardization) y ASTM, para una debida protección del medio
ambiente.
Conforme a esta normativa en la siguiente tabla (extraída del estándar EN13991:2003) se
presenta un resumen del tipo de creosota autorizada para diferentes aplicaciones:
Type I
Type II
1.003 - 1.108
1.003 - 1.108
Upto 205 °C
<6
<5
Upto 230 °C
<10
5 - 10
Upto 315 °C
<78
40 - 78
Upto 355 °C
>60
73 - 85
Tar Acid
6 - 15
6 - 20
Toluene Insoluble
<0.4
<0.4
Moisture %
<1.5
<1.5
Liquidity after
heating up to 38 °C
and keeping at 32
°C for 2 hours
Completely Liquid
Completely Liquid
Recommended for
General purpose,
marine, timber, Railway
sleepers and where
decay hazard is high
but some exudation of
creosote in service is
tolerable.
Telegraph and
electricity
transmission
poles, fencing and
structural timbers.
Specific Gravity at
30°C
Distillation Limits %
De acuerdo a las consideraciones especiales contenidas en las normativas EN, a
diferencia de otros químicos preservantes, en el caso de la creosota se acepta que se
produzca una cierta exudación después de instaladas las maderas, como lo indica
expresamente la tabla superior, en virtud de que este preservante es biodegradable.
En los Estados Unidos de Norteamérica, la situación es similar a la descrita para la Unión
Europea y la aplicación de este químico preservante está sujeta exactamente a las
mismas restricciones antedichas, las cuales están contenidas en los siguientes
estándares:
EPA (U.S. Environmental Protection Agency)
EPA 2001b 40CFR302.4
EPA 2001c 40CFR261.33
EPA 2001d 40CFR372.65
FDA (U.S. Food and Drug Administration)
FDA 2001c 21CFR369.20
FDA 2001b 21CFR310.545
FDA 2001d 21CFR172.515
FDA 2001a 21CFR358.710
OSHA (U.S. Department of Labor Occupational Health and Safety Administration)
OSHA 2001c 29CFR1915.1000
OSHA 2001a 29CFR1926.55
OSHA 2001b 29CFR1910.1000 Table Z-1
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Standard for coal tar creosote for land, fresh water and marine (coastal
5. AWPA P2 – 01
Standard for Creosote Solutions
6. AWPA P3 – 01
Standard for creosote-petroleum oil solution
7. AWPA P4 – 03
Standard for Petroleum Oil for Blending with Creosote
8. AWPA C1- 03
All timber products-preservative treatment by pressure processes
9. AWPA C2- 02
pressure processes
Lumber, timber, bridge ties and mine ties-preservative treatment by
10. AWPA A1 – 98
Preservatives
Standard Methods for Analysis of Creosote and Oil – Type
11. AWPA A3 – 04
Determining Penetration of Preservatives and Fire – retardants
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Madera preservada - Extracción de muestras
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en la madera
Madera - Preservación - Medición de la penetración de preservantes
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Madera - Preservación - Clasificación de los preservantes
25. NCh790.Of1995
para madera
Madera - Preservación - Composición y requisitos de los preservantes
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métodos de medición
27. NCh993.EOf1972
Madera - Procedimiento y criterios de evaluación para clasificación
28. NCh1198.Of1991
Madera - Construcciones en madera – Cálculo
29. NCh1969.Of1986
Madera - Especies latifoliadas y alerce – Clasificación visual por
despiece o aprovechamiento
30. NCh1970/1.Of1988 Maderas – Parte 1: Especies latifoliadas – Clasificación visual para
uso estructural - Especificaciones de los grados de calidad
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