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EARTH, SUN AND WATER

BALSA TIERRA, SOL Y AGUA

This book is not for sale.

You can order the quantity you need for your friends, employees, technicians or simply for your library. It will be a pleasure for us to send them to you.

With this book we also hope to leave a door open for dialogues, communications and con-sultations. We kindly invite you to contact us for more information or for any help you may need.

GRACIAS

Este librito no está a la venta.

Pídanos cuantos necesiten para sus amigos, empleados, técnicos o simplemente para su bi-blioteca. Con mucho gusto se lo remitiremos.

Por medio de este librito pretendemos ade-más dejar una puerta abierta al diálogo, a la co-municación y a la consulta. Invitándole a ponerse en contacto con nosotros para ampliar informa-ción o por si en algo podemos ayudarle.

THANK YOU

GENERAL ASPECTS ABOUT BALSA WOODAS CORE MATERIAL FOR SANDWICH CONSTRUCTION FRP

GENERALIDADES DE LA MADERA DE BALSACOMO MATERIAL PARA NÚCLEOS EN LA CONSTRUCCIÓN SÁNDWICH PRFV

Xavier BonetBusiness man and procurement director

Empresario y gestor de aprovisionamientos

José CoelloNaval Engineer Assessor Ingeniero Naval Asesor

Hugo AndradeForest Engineer

Ingeniero Forestal

Edición: BALSEUROP ECUATO ESPAÑOLA, SL Polígono Industrial de Melianta E-17833 Fontcoberta SPAIN Tel.: +34 972 57 45 14 Fax: +34 972 58 28 66 e-mail: [email protected]

Textos y traducciones: Xavier Bonet, José Coello,Hugo Andrade, Anita Haberkom

Maquetación: Studi DF

Impresión: Artes Gráficas Coimoff, SA

Depósito Legal:

©BALSEUROP ECUATO ESPAÑOLA, SL

No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio,ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escritode los titulares del copyright.

Our motivation in publishing this small book is due to the questions of our customers, technicians, students, work shop employees and other profes-sionals, who have showed curiosity and interest in different aspects of balsa wood.

How balsa wood is obtained, the elaboration process, application, physical characteristics, appli-cation forms, etc.

These questions were nearly always easy ones, but on the other hand they had a serious, rigorous and occasionally a worrying background.

In some cases, their information was wrong and with pleasure we could clarify the doubts.

This idea, to answer the need for information, motivated our technical team to make this small book, which we hope will be useful to those who use balsa wood and for simple information about the themes we have been asked.

Este librito ha sido motivado por preguntas de nuestros clientes, técnicos, estudiantes, empleados de taller y otros profesionales que han mostrado su curio-sidad y su interés en diferentes aspectos alrededor de la madera de balsa.

Su obtención, proceso de elaboración, aplica-ciones, características físicas, cálculos, formas de aplicarla, etc.

Casi siempre han sido preguntas sencillas, que te-nían al mismo tiempo un fondo de seriedad, de rigor y en ocasiones de preocupación.

En algunos casos se da la circunstancia de tener informaciones erróneas que con mucho gusto hemos podido aclarar.

Con la idea de responder a esta necesidad de información, nuestro equipo técnico ha tomado con interés y motivación la redacción de este librito, con el que pensamos dar un servicio a quienes utilizan esta madera y también con el propósito de aportar una in-formación sencilla sobre los temas en que hemos sido preguntados.

This book is dedicated to all men and women who are working with balsa wood:

Owners and caretakers of land and plantations.

Wood workers who work on the land or plantations.

Directors, technicians and employees of the plants, where the first process is done.

Governmental organisations and technicians who supervise the forest ma-nagement.

Non-governmental organisations, which take care of the correct environ-mental management of the wood exploitation.

Technicians and employees who do the finishing of the product.

Engineers and naval architects, who design with this wood and the com-panies, who use it.

Technicians and employees which cope with their obligations day after day.

A special mention for those who long time ago discovered that this wood was excellent for core and sandwich construction and who elaborated the first balsa wood panels.

Finally, the most important. Many thanks to NATURE, which gives us this magnificent natural resource, which renews year after year, allowing us to obtain excellent cores in the most ecological and respectable way for the environment.

We must not forget that this wood gives work and economical resource to thousands of people in countries where it is necessary to improve their welfare and prosperity levels.

Este libro está dedicado a todos los hombres y mujeres que trabajan con la madera de balsa:

Propietarios y cuidadores de tierras y plantaciones.

Madereros que trabajan sobre el terreno.

Directivos, técnicos y empleados de las plantas de primer proceso.

Organismos gubernamentales y técnicos que supervisan la gestión forestal.

Organizaciones no gubernamentales, que se preocupan por la correcta ges-tión del medio ambiente en torno a la explotación de maderas.

Técnicos y empleados que realizan los acabados del producto.

Ingenieros y arquitectos navales que diseñan contando con esta madera y las empresas que la utilizan.

Técnicos y empleados que ejecutan su obligación día a día.

Una especial mención para quienes, hace ya mucho tiempo, descubrieron que esta madera era un excelente material para núcleos en la construcción sandwich y elaboraron los primeros paneles de madera de balsa.

Por último y más importante. El mayor agradecimiento a la NATURALEZA. Que nos aporta este magnífico recurso natural, renovable año tras año y que nos permite la obtención de excelentes núcleos del modo más ecológico y respetuoso para el medio ambiente.

Sin olvidar que además esta madera da trabajo y recursos económicos a miles de personas en países que necesitan mejorar su grado de bienestar y prosperidad.

DEDICATION AND THANKS DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS

INDEXÍNDICE

GENERAL 13GENERALIDADES 71

TYPICAL METHODS OF OBTAINING THE FOREST RESOURCE 17OBTENCIÓN TÍPICA DEL RECURSO FORESTAL 75

OBTAINING BALSA WOOD IN PLANTATIONS 19OBTENCIÓN EN PLANTACIONES 77

PROCESS OF PRIMARY ELABORATION 23PROCESO DE ELABORACIÓN PRIMARIO 81

QUALIFICATION 27CUALIFICACIÓN 85

PRODUCTION OF BIG GLUED BLOCKS 33PRODUCCIÓN DE GRANDES BLOQUES 91

PRODUCTION OF RIGID PANELS 35PRODUCCIÓN DE PANELES RÍGIDOS 93

SURFACE TREATMENT 37TRATAMIENTO DE LA SUPERFÍCIE 95

THE SANDWICH STRUCTURE 39LA ESTRUCTURA SÁNDWICH 97

PROPERTIES OF BALSA WOOD 51PROPIEDADES DE LA MADERA DE BALSA 107

FORMAT OF SUPPLIES 55FORMATO DE SUMINISTROS 111

PROCESS GUIDE 63GUÍA DE PROCESO 119

MSDS 67MSDS 123

In the area where balsa is produced,the specific requirements are heavy rains and plenty of sunshine.

En las zonas productoras de balsa se da como característica básica las copiosas lluvias

y la abundante insolación.

12 BALSA earth, sun and water 13BALSA tierra, sol y agua

GENERAL

The balsa tree “Ochroma Lagopus” grows main-ly in the equatorial area between latitude 0º and 5º north and south.

This tree is endemic from Ecuador, (where more than 90% of the world consumption is produced), and in neighbouring regions. It has also been intro-duced successfully to other regions of the world.

This tree reproduces itself easily and reaches in 5-6 years a circumference of approx. 90 cm. (dia-meter 30 cm.) and a height of about 18-25 metres. Therefore it is a source which renews itself constan-tly in the regions where balsa wood is elaborated.

Due to fast and spontaneous reproduction, the extensions where balsa trees grow are very big and the major part of the trees is not cut. The trees are only cut close to the roads which are not too far away from the processing plants.

In these zones close to the roads, the balsa wood is appreciated and the land owners throw out seeds after cutting the trees, as if it would be any other plant.

EL ECUADOR,MAIN pRODUCER Of BALsA

IN tHE wORLD

Area of balsa plantations70-250 meters above sea level

Area of natural balsa forest — —0-1000 meters above sea level


Very often, the wood workers or the elaboration plants collaborate with the land owners and give them the seeds to replant. This way every year they throw high amount of seeds so that more trees grow than those which are cut.

A craft called “balsa” crosses a river in Ecuador.Naturally, it is constructed out of the same material

as its namesake.

Balsa randomly planted close to the road.


tYpICAL MEtHODsOf OBtAININGtHE fOREst REsOURCE

In the regions where the balsa trees grow spon-taneously only the trees which can be used are cut. This means those aged between four and six years. The younger and the older trees remain there and the ol-der trees reproduce with their seeds, thus maintaining spontaneously the balsa population.

Another way of maintaining the balsa population is throwing the seeds where the trees have been cut. In this case it is necessary to clear some trees after a certain time, because too many trees are growing and the plants would compete excessively with each other, which would not allow their normal development.

Sometimes seedlings are used.


OBtAINING BALsA wOODIN pLANtAtIONs

The plantations are located where the soil and the climate are suitable, near roads and paths. The soil is prepared eliminating other species until it is prepared for this mono cultivation.

There are two planting methods:

- Sowing (throwing the seeds)

With this method, too many plants grow. The-refore the forest requires repeated intervention in order to avoid an excess of plants. This favours a good phytosanitary estate.

- Seedlings

The seedlings are produced in seed plots.

When they have the adequate size, they are planted in rows at a distance of approximately 3 metres. This way the soil is profited optimally.

Seedlings in seed plots.

Seedlings in bags to be transported and planted.


Of course, the plantations also have inconve-niences. Due to the monoculture, there are risks of plagues, illness and exhaustion of the soil after a few harvests.

Both systems have economical advantages and disadvantages.


pROCEss Of pRIMARYELABORAtION

In the forest or plantations, the balsa tree is cut and cut into logs. These logs are cut into straight shapes and then transported to the production plants, where they are kiln dried until the moisture degree is about 8%.

Inside the kiln driers the temperatures reach up to 70º, which eliminate the phytosanitary risk.

During the following production phases, the balsa wood can re-absorb moisture up to 10-11%.

After drying the logs, a mechanical process is carried out until straight, flat and smooth surfaces without defects are obtained.

Top: Mules transporting balsa logs out of natural forest.

Centre: Sawn logs, waiting to be transported.

Bottom: Logs transported by river.


Kiln dryer.

Before the elaboration process is continued, the blocks are verified visually in order to avoid holes, pith or insane knots.


QUALIfICAtION

The main part of the balsa, cut at the ideal age, has a density of 150 – 160 kgs./m3 with variations between 85 and 230 kgs./m3 and more.

When a product with controlled density is made, we can use electronic density control machines if the product requires this. Every rectangular block is selected and the weight, the volume and the densi-ty is determined.

Actually we use electronic density control ma-chines, which determine the volume of every block with precision lasers. A computer with a special pro-gram for this purpose, connected to the sensors and an electronic scale, allows selecting the blocks and assigning the different density ranges.

This process has a tolerance of less than 4%.

Employees qualifying blocks for the production of big glued blocks, using an electronic density control machine.


The traditional methods used are:

- At sight

A more or less skilled worker holds a block in his hands and separates the light wood from the heavy wood, to his opinion. This method is very uncertain and it is impossible to quantify.

- Taking the weight of every block

The block is weighed on a normal scale, and then following dimensions and weights charts, the densi-ty is determined approximately.

where is the veritable quality of a balsa wood core?

The “perfect” core would be, having the same characteristics of mechanical resistance all over the whole panel, without any weak zones with less re-sistance

With the balsa cores, this is impossible. The rea-son is nature.

Factors like the soil, the climate, the proximity of the trees and others have an influence on growing the trees and therefore on the density of the wood, which also has a direct influence on the mechanical characteristics.

Every tree is different and every piece of wood of one tree is different and there are substantial variations of the mechanical characteristics of the wood from the same tree.

The wood from the outer side of the log is hea-vier and more resistant than the wood from the in-ner side. There are also significant variations of the wood between the bottom and the top of the tree.

How is it possible to make homogenous core with wood so different, which seems not to allow any reasonable solution?

The solution to this problem of creating a panel with homogeneous mechanical resistance is labo-rious, but there is really a solution, even if it is not a “ perfect” one, but it is at least a very good so-lution.

It basically consists in profiting the existing re-lation between the densities of the wood (which is a quantifiable parameter) and the mechanical re-sistance of the wood, which results in being nearly directly proportional.

The lower the density, the lower the resis-tance and the higher the density, the higher the resistance.

Parting with this principle, we can start a labo-rious process to determine the density of every pie-ce of wood, which later form a panel.


This must be done after the wood has been dried. It is important that the water proportion does not affect the measurements of the weight and the volume in order to determine the density.

It must also be done after cutting the wood without taking into account which tree and which part of the tree the wood is from.

So, with the wood in stable conditions, we pro-ceed to determine the density of every piece of wood, which will compose a panel. By determining the density, it will be possible to classify these pieces in groups or “density ranges”.

This way it is possible to obtain more homoge-neous groups than without doing this classification.

This way it is possible to avoid a panel failing due to weak zones.

The piece manufactured later on with a balsa core, will always fail where the efforts can not be supported and this is exactly the zone, where a piece of weak wood with low density is located.

It is therefore this selection of the wood that fi-nally determines the quality of a panel compared to other panels apparently identical.

It is very important to assure the selection ran-ges of the manufacturer, in order to establish com-parisons and especially to know if the manufacturer controls the density or not.

Normally this data is not published in leaflets or brochures of the products, but the customer must know this data in order to contrast the quality of these cores.

It goes without saying that a well selected balsa core has safer behaviour allowing in the calcula-tions the reduction of the security coefficient and eventually the reduction of the thicknesses

Finally, the selection of the densities and the re-liability of the methods used for the process really make the difference to the quality of a core material compared to others, irrespective of the aspect, colo-ur, trademark, presentation, etc.


pRODUCtIONOf BIG GLUED BLOCKs

When the balsa blocks are prepared, selected and qualified, they are glued together to form big blocks of 2 x 4’ with oversize, which allows the pa-nels to be cut and squared to size.

With this procedure, all the blocks are parallel and with the grain aligned in the same direction. This way it is possible to cut them perpendicularly and obtain end grain panels.

Glued blocks after being pressed.


pRODUCtIONOf RIGID pANELs

This is done with horizontal saws which move on rails or special machinery. The glued blocks are cut into panels with the adequate thickness.

The glued blocks are fixed on a static bed always perpendicular to the grain (end grain).

Now a moisture control is made and if neces-sary, the panels are re-dried until the moisture degree is below 12%.

Afterwards, both surfaces of the panels are sanded and squared with precision machinery.

Moving horizontally, long saws cut the glued blocksinto panels of any thickness.


sURfACE tREAtMENt

To reduce resin absorption during the applica-tion, it is possible to coat the panel surfaces with resin, closing the cut cells and the smaller capilla-ries, leaving open the bigger capillaries.

In a few seconds, the panels are coated with resin and cured with UV light. This is done with pre-cision dosage machinery.

If the reason of coating the panels is the weig-ht reduction of the final product, this procedure is debatable.

Due to tests conducted by us, a coated panel absorbs a smaller quantity of resin, which results in being exactly the same quantity we used to coat.

This means that the final weight of the product is practically nearly the same.


tHE sANDwICH stRUCtURE

To understand the properties of the balsa wood in the composite world, it is necessary to understand the philosophy of the sandwich structure. A sandwich panel is normally the synergetic joint of a low density core with high modulus skins. This way a panel of low weight and high rigidity is produced. The skins act like the wings and the core like the soul of a beam.

The following chart shows a simple description of a monolithic laminate compared to sandwich laminates of different thicknesses. To summarise, it could be said that increasing the thickness of the core equally to the thickness of the skin and almost to the weight, the beam experiences an exponential increase in rigidity.

MONOLITHICLAMINATE

THICKSANDWICH

3t

THICKSANDWICH

t

Rigidity (EI) 1.0 7.0 37.0Resistance to flexion 1.0 3.5 9.2Weight 1.0 1.03 1.06

Solid material Core thickness Core thickness


HOw DOEs A sANDwICHstRUCtURE wORK?

LOADs:

Considering a beam in cantilever, fitted at one end and jutting out at the other, the load applied creates a bending moment, which is greatest at the fixed end. The shear effort is applied along the length of the beam. In a sandwich structure, these forces create tensile effort in the superior skin and compression in the inferior skin. The core separates the skins and transfers the shear effort between the skins, so that the composite works homogenously.

DEfORMAtIONs:

The deformations of a sandwich beam are produced by bending and shear efforts.

The bending efforts depend on the modulus of com-pression and traction of the skins.

Shear deformation depends on the shear modulus of the core.

Complete deformation = deformation by bending + shear deformation.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Skin in tension

Core in shear

Skin in compression

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Bendingdeflection

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Sheardeflection


pROCEss fAILURE MODEs

The designers and engineers should ensu-re that possible failures are considered in their analysis. The following is a summary:

1. REsIstANCE

The skins and core should be capable of suppor-ting the bending stress, compression and traction caused by the design loads. The interface between the core and the skins should be capable of trans-ferring the shear stress between the skin and the core.

2. RIGIDItY

The sandwich beam should have sufficient rigi-dity in bending and shear to avoid excessive defor-mations, above those which are admissible.

3. BUCKLING Of tHE BEAM

The thickness of the core and the shear modu-lus should be sufficient to avoid the collapsing of the beam under the buckling loads applied under compression.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl


4. BUCKLING Of tHE sKIN

The thickness of the core and the shear modulus should be sufficient to avoid the premature failure of the core by shear caused by the effort of com-pression.

5. wRINKLING Of tHE sKIN

The compression modulus of the skins and of the core should be sufficiently high to avoid failure by wrinkling of the skin.

6. INtERCELLULAR BREAKAGE Of tHE CORE BY BUCKLING

For a material of skin given, the relation of the thickness of the core should give sufficient resistan-

ce to shear to avoid the intercellular breakage of the core by buckling.

7. LOCAL COMpREssION

The resistance of the core to compression should be sufficiently high to resist the local effort on the surface of the beam.

From a structural design point of view, the engi-neer has to take the following into account:

With a simple supported beam as shown in the diagram and with a centre point load P. The width of the beam is b and it is less than 1/3 of its span (I).

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl


The deformation of the beam, which is due to the deformation by bending and shear and is given in the following formula.

D and S are the rigidity of the beam bending and shear respectively.

δ= kb P l3 /D + ks P l /S

The coefficients kb y ks are obtained through the following chart:

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

- taking a beam as being defined as having width (b) less than 1/3 of span (l).

Considering a centre point loaded beam with b=0.5 m and l= 2 m and P= 1500 N.

BEAM TYPE

Uniform Load Distribution

MAXIMUMSHEARFORCE

F

P2

P2

P2

P2

P

P

P

MAXIMUMBENDINGMOMENT

M

P/8

P/12

P/4

P/8

P/2

P

P/3

BENDINGDEFLECTIONCOEFFICIENT

kD

5384

1384

148

1192

18

13

115

SHEARDEFLECTIONCOEFFICIENT

kS

18

18

14

14

12

1

13

P= q / b Simple Support


P= q / b

P

P

P

One End Fixed(Cantilever)

Triangular Load Distribution

P= q / b 2


Load One End


Central Load

Simple Support

Central Load

Both Ends Fixed


P= q / b Both Ends Fixed


Once the properties of the panel are known, we know data such as:

- Deformation limits

- Thickness limits

- Weight limits

- Security factor

Afterwards, following the spiral of the calcula-tion, we proceed to the calculation of the rigidity and resistance of the beam, fixing the types of ma-terials to be used and their limitations of thickness, etc. A detailed and precise structural calculation in sandwich structure should provide and prove the following data:

- Calculation of rigidity

- Calculation of deformation, including shear de-formation

- Calculation of the load on the skins

- Calculation of the load on the shear core.

- Check that the beam does not suffer breakage for any of the reasons previously described.

Other considerations should be taken into ac-count in relation to the joining adhesives between the skins and the core in order to transmit the loads. As a general rule, low resistance or fragile adhesi-ves should not be used. Furthermore, the capacity to moisten the core in order to achieve good pene-

tration and therefore adherence should be checked. Also the use of very reactive adhesives which could produce heat should be avoided. Unlike other cores, balsa wood does not produce gases with high tem-peratures, but the temperature affects the adhesive, causing it to lose some of its properties.


pROpERtIEs Of BALsA wOOD

As indicated in the previous chapter, the fun-damental mechanical data for the study of the be-haviour of the core within the sandwich structure is its resistance to compression and shear. In the following tables comparative data of balsa wood with other structural cores of the same density are given.

20151050

50 100 150 200

RESISTANCE TO COMPREESSIONOF STRUCTURAL NUCLEUS

Resistanceto compression

(MPA)

Density (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

250200150100

500

50 100 150 200

SHEAR MODULUSOF STRUCTURAL NUCLEUS

Shearmodulus

(MPA)

Density (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa


material. Therefore chlorate compounds or highly toxic bromates don’t exist as in other cores.

The transfer of heat through the core depends on the basic principles of convection, conduction and radiation. Metallic cores with metal skins maxi-mise the characteristics of transfer of temperature. In the case of balsa, this characteristic depends on the water content and density.

Here, the mechanical superiority which natural material, such as balsa, shows compared to synthe-tic material, is demonstrated.

Other non structural considerations should also be taken into account.

In the case of resistance to temperature in the case of balsa wood, the moisture level at supplied equilibrium is around 12% of water contents, whi-ch in the case of applications at high temperatures, should be taken into account in order to establish the core and avoid out gassing phenomenon which could affect the adherence of the core.

In applications, where good resistance to fire is required, balsa wood presents a good alternative, es-pecially when used with a composite with phenolics skins. In this case, the emission of gases is composed of monoxide and carbon dioxide, being an organic

20151050

50 100 150 200

RESISTANCE TO COMPREESSIONOF STRUCTURAL NUCLEUS

Resistanceto compression

(MPA)

Density (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

250200150100

500

50 100 150 200

SHEAR MODULUSOF STRUCTURAL NUCLEUS

Shearmodulus

(MPA)

Density (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa


fORMAt Of sUppLIEs

Classic flexible panel with scrim and lengthways and widthways slits.

• BALsAfLEX ® 110 density 100 – 125 kgs./m3.

When the final weight of the sandwich is im-portant.

• BALsAfLEX ® 150 density 150 – 175 kgs./m3

For the typical applications of balsa core.

• BALsAfLEX ® 220 density 210 – 250 kgs./ m3

A high resistant core, ideal for reinforcements in required areas or for extremely resistant pieces.


OPTIONAL COATING OF ALL KIND OF PANELS WITH POLYESTER RESIN.

Reducing resin absorption during the process of the manufacturing of the composite.

spECIAL pRODUCts fOR INfUsION

The values of this technical data sheet are average values from different tests.

The tests have been made by a Certification Tech-nological Center.

It has to be taken into account that this is a na-tural product with influence of many factors due to forest exploitation, therefore the values indicated herein can not express or imply warranty regarding their accuracy.

tECHNICAL DAtA

PRINCIPAL BALSAFLEX® BALSAFLEX® BALSAFLEX®

TÉCHNICAL DATA 110 150 220

DENSITY Kgs./m3 110 150 220

COMPRESSIONSTRENGTH MPa 9,4 13,0 23,2 ASTM C-365

COMPRESSIONMODULUS MPa 2518 4217 6800 ASTM C-365

SHEARSTRENGTH MPa 2,08 2,97 3,12ASTM C-273

SHEARMODULUS MPa 130 173 305ASTM C-273


fLEXIBLE fILLEt stRIps

Dimension Unit Flexible Fillet Strips & Rigid Fillet Strips

Thickness inches 3/8 7/16 1/2 5/8 11/16 3/4 1 11/4 11/2

mm 9,53 11,11 12,70 15,88 17,46 19,05 25,40 31,75 38,10 A inches 1,22 1,32 1,42 1,50 1,56 1,61 1,77 1,77 1,77 mm 31 33,5 36 38 39,5 41 45 45 45 B inches 0,61 0,60 0,59 0,45 0,40 0,35 0,16 0,16 0,16 mm 15,50 15,25 15,00 11,50 10,25 9,00 4,00 4,00 4,00

(º) 30 30 30 30 30 30 31 37 42 Pieces/Box 754 600 484 408 384 336 264 192 168

A

Thick

ness

B

1mm

Length of strip: 2, (610 mm.)

LENGTHWAYS GROOVES

GROOVES AND DRILLS

DRILLS


products

• Rigid panels

• Flexible panels

• Flexible drilled panels

• Flexible grooved panels

• Flexible grooved and drilled panels

• Rigid and flexible coated panels.

GENERAL DAtA

thickness mm Length width Quantity/box 1/4” 6,35 122 cm. 61 cm. 32,74 m2

3/8” 9,52 122 cm. 61 cm. 20,83 m2

1/2” 12,70 122 cm. 61 cm. 16,37 m2

5/8” 15,90 122 cm. 61 cm. 13,40 m2

3/4” 19,00 122 cm. 61 cm. 10,42 m2

1” 25,40 122 cm. 61 cm. 8,19 m2

1 1/4” 31,75 122 cm. 61 cm. 6,70 m2

1 1/2” 38,10 122 cm. 61 cm. 5,95 m2

2” 50,80 122 cm. 61 cm. 4,47 m2


pROCEss GUIDE

In this guide we present the key points for suc-cessfully transforming balsa wood in the manu-facture of sandwich structures using different techniques. These techniques are:

1. Hand lay-up laminate.

2. Closed mould laminate. RTM, RTM Light, VARTM, Infusion, etc.

3. Pre-impregnated laminate.

Hand lay-up Laminate.

- Laminate the outer skin using normal techniques and leave it to cure.

- Shape the balsa wood to the shape of the mould. If a vacuum is to be used to compact the material, it is necessary to prepare everything before starting.

- Prime the balsa wood with 300-500 grs./m2 on each side and place on the laminate without curing. There are various techniques in order to stick the

Modern factory of rigid and flexible balsa panels in Ecuador.


ty flexible stuff as a means of transmission of the resin, the type of slot needed for the application should be consulted with our technical department. It is necessary for the quality of the balsa in this application to be primed in the phase before the resin gel, the balsa could absorb part of the resin of the laminate and dry out the laminate.

Once the mould has been loaded and the va-cuum applied to the design levels, it should be left for a period in order to remove leftover moisture from the laminate and the wood.

prepreg Laminate.

Perhaps, of all the possible transformation pro-cesses, the pre-impregnated ones are the most complicated and require the purest technique.

Balsa wood has proved for years to be a mate-rial which is adaptable to the technique and very competitive as regards transformation and acquisi-tion costs in relation to other materials.

The type of balsa to be used in these processes must be studied and the level of moisture controlled (5-8%). The balsa wood should be stabilised at the curing temperature of impregnation prior to this, in order to avoid out gassing phenomena which could affect the adhesion of the skins. Balsa wood has been successfully used at curing temperatures of 130ºC allowing great skin adhesion.

applied balsa to the laminate:

- Use matt (CSM 300 gr/m2) and consolidate with a metal roller.

- Use low density putty. Consult technical assistance.

- Apply the balsa on a wet laminate. In this case it is advisable to use vacuum to consolidate the laminate.

- Apply the inner skin using the normal methods. If possible, pull the fibre glass scrim away from the balsa.

It is highly advisable to ensure that the spaces in the balsa are filled. A trial should be carried out prior to application to ensure that correct adherence is achie-ved. Throughout the process, the moisture level of the balsa should be controlled. The ideal water content is approximately 8%.

Laminate in closed mould. RtM, RtM Light, VARtM, Infusion, etc.

Closed mould processes are currently prevailing in relation to the other existing techniques. This al-most completes elimination of the emission of orga-nic compounds which are harmful to the environ-ment and health, as well as an improvement in the quality of the piece and a reduction of cost.

- Apply the dry reinforcements to the mould ac-cording to the structural design of the piece.

- Position of the balsa wood. If using quali-


Precaution for handling

When handling balsa wood, it is necessary to use cotton gloves to avoid the contamination of the joining area.

During cutting and filing protective masks and dispo-sable overalls, while handling liquid resin.

MsDsThe adherence of the skins is carried out by:

- Adhesive resin epoxy film from 200-400 gr/m2

on both sides of the wood.

- Prime with 300-400 gr/m2 liquid epoxy resin. In this case curing is not carried out and the sandwich is made using a co curing process.

- Low density epoxy putty on the first cured lami-nate (200-400 gr/m2). In this case the balsa wood is primed with 200 gr/m2 of liquid resin.

Special attention should be paid to the adhesion of balsa as due to its high mechanical benefits, the adhesive and the interface should be able to trans-mit the stress without being the weak or critical area. The quantities to be used depend on the shape of the piece and the aperture of the cuts, the width of the nucleus, the quality of the surface, etc.

Areas with exuberant vegetation, where bananas,

palms and cacaois cultivated, can be

adequate to growbalsa trees.

Zonas de exuberantevegetación, donde se

cultiva el banano,la palma o el cacao,

pueden resultar adecuadas para el crecimientodel árbol de balsa.


GENERALIDADEs

El árbol de balsa “Ochroma Lagopus” crece ma-yoritariamente en la zona ecuatorial entre latitud 0º y 5º norte y sur.

Este árbol es endémico de El Ecuador, que pro-duce más del 90% del consumo mundial. Y de las regiones vecinas y ha sido introducido con éxito en otras regiones del mundo.

Este árbol se reproduce fácilmente y alcanza en 5 - 6 años una circunferencia de aprox. 90 cm. (30 cm. de diámetro) y una altura de aprox. 18-25 metros. Por tanto es un recurso que se renueva constantemente en las regiones donde se elabora la balsa.

A causa de su rápida reproducción espontánea, las extensiones de crecimiento del árbol de balsa son muy grandes y en su gran mayoría no se cortan árboles. Cortándose esta madera solamente en las zonas próximas a carreteras no excesivamente dis-tantes de las plantas de procesado.

En estas zonas de proximidad a las carreteras, la madera de balsa es apreciada y los propietarios de

EL ECUADOR,pRINCIpAL pRODUCtOR MUNDIAL

DE MADERA DE BALsA

Área de plantaciones de Balsa 70-250 metros sobre el nivel del mar

Área de bosques naturales de Balsa — —0-1000 metros sobre el nivel del mar


Balsa plantada a pie de carreterasin demasiado orden.

tierras vuelven a sembrar después de la tala, ya que encuentran rentabilidad en ello, como si de cualquier otro cultivo se tratase.

Siendo muchas las ocasiones en que los propios madereros o las plantas de elaboración quienes co-laboran con los propietarios de tierras, facilitándoles las semillas para replantar. Sembrando cada año más árboles de los que se cortan.

Se trata pues de un recurso natural, renovable y en expansión, cuya tala no perjudica al medio am-biente, ni es considerado especie protegida, ni en vías de agotamiento del recurso, ni en vías de ex-tinción. Sino que por el contrario, cada año hay más disponibilidad.

No obstante, en El Ecuador, del mismo modo que en todas las explotaciones forestales, que se hacen en aquel país, el Ministerio del Ambiente, regula y autoriza el corte, concediendo los permi-sos y las guías a los madereros y a las plantas de elaboración.

Una vez elaborada la madera, también se expi-den los certificados fitosanitarios y los permisos de exportación.

Una embarcación llamada “balsa” cruzando un rio en El Ecuador. Natu-ralemente debe su nombre a estar construida con madera de balsa.


OBtENCIÓN tÍpICADEL RECURsO fOREstAL

En las regiones, donde los árboles de balsa crecen espontáneamente, se cortan solamente los árboles en edad de aprovechamiento, es decir los que tienen una edad comprendida entre cuatro y seis años.

Los árboles más jóvenes y los más viejos se dejan. Los árboles más viejos producen semillas, mantenien-do de modo espontáneo la población de balsa.

Otra manera de mantener la población consiste en sembrar mediante semillas a voleo donde se cortaron árboles de balsa. En este caso, es necesario clarear transcurrido un tiempo, pues nacen demasiadas plan-tas que competirían excesivamente entre si e impedi-rían su normal desarrollo.

A veces también se usan plantones para ayudar a la repoblación natural en los espacios vacíos.


OBtENCIÓNEN pLANtACIONEs

Las plantaciones están situadas donde el suelo y el clima son adecuados y cerca de carreteras y ca-minos. Se prepara el terreno eliminando otras espe-cies, hasta que quede listo para este monocultivo.

Hay dos métodos para plantar:

- Siembra al voleo.

Con éste método crecen demasiadas plantas, por lo que el bosque requiere repetidas intervencio-nes para evitar el exceso de plantas. Esto favorece el desarrollo individual y el buen estado fitosanita-rio. Por este motivo tienen que ser clareadas.

- Plantones.

Los plantones se producen en semilleros.

Cuando tienen el tamaño adecuado, se plan-tan en filas con una distancia aproximada de 3 metros. De esta manera, se utiliza el terreno de forma óptima.

Plantones en el semillero.

Plantones situados en bolsitaspara su posterior transporte y siembra.


Naturalmente, las plantaciones también tienen inconvenientes. A causa del monocultivo, existen riesgos de plagas, enfermedades y agotamiento del terreno después de unas cuantas cosechas.

Ambos sistemas tienen ventajas e inconvenien-tes económicos.

Las plantaciones ofrecen una ventaja estratégi-ca para las empresas productoras de end grain bal-sa, pues permiten tener disponibilidad de madera en las épocas en que a causa del periodo de lluvias no resulta posible el aprovisionamiento al 100% procedente de las zonas de producción natural.


pROCEsO DE ELABORACIÓNpRIMARIO

En los bosques o plantaciones, se tala el árbol de balsa y se le corta en trozas. Estas trozas se sie-rran en formas rectas y se transportan a las plantas de producción, donde se secan hasta tener un gra-do de humedad de aproximadamente 8%.

En los secaderos llegan a temperaturas de hasta 70º, con lo cual desaparece el riesgo fitosanitario.

Durante las siguientes fases de producción, la madera de balsa puede volver a absorber humedad hasta el 10-11%.

La madera una vez seca, se somete a un proce-so de mecanización hasta conseguir formas rectas, planas, lisas y libres de defectos.

Arriba: Mulas acarreando trozas de balsaprocedentes de bosque natural.

Centro: Trozas aserradas en espera de transporte.

Abajo: Trozas transportadas por río.


Antes de continuar su proceso de elabora-ción, se comprueban los bloques de forma visual para evitar que existan agujeros, médula o nudos insanos.

Cámara de secaje.


CUALIfICACIÓN

La mayor parte de la madera de balsa, cortada en la edad ideal, tiene una densidad promedio de unos 150 – 160 kgs./m3 con variaciones entre 85 y 230 kgs./m3 y más.

Cuando se hace un producto con la densidad con-trolada, se seleccionan estos listones rectangulares. Se determina el peso, el volumen y la densidad.

En la actualidad estamos utilizando cuando el producto lo requiere, clasificadoras electrónicas que determinan el volumen de cada listón con láser de pre-cisión. Mediante un ordenador con un programa espe-cial para esta finalidad, conectado a los sensores y a una pesadora electrónica, se seleccionan los bloques y se asignan los diferentes rangos de densidad.

Este proceso tiene una tolerancia inferior al 4%.

Empleadas cualificando listones para la fabricación posterior de grandes bloques.


Podría decirse que cada árbol es distinto y que cada trozo de madera de un mismo árbol también es distinto. Constatándose que existen sustanciales variaciones en las características mecánicas de la madera de un mismo árbol.

La madera de la parte exterior del tronco es más pesada y resistente que la de la parte interior. Tam-bién hay variaciones significativas entre la madera de la zueca (base) con la de la copa.

¿Como hacer pues, a base de esta madera tan variada un núcleo homogéneo delante de este laberinto que parece no dar solución razonable?

La solución para el problema de crear un panel con la resistencia mecánica homogénea es laborio-sa, pero existe verdaderamente una solución que aunque tampoco es “la perfección”, por lo menos es muy buena.

Básicamente consiste en aprovechar la relación existente entre densidad de la madera (que es un parámetro cuantificable) y resistencia mecánica de la madera. Que resultan casi directamente propor-cionales.

Partiendo de este principio, podemos comenzar con un laborioso proceso de determinación de la densidad de cada trozo de madera que después for-mará parte de un panel.

Esta operación hay que realizarla cuando la ma-dera ya ha sido secada para que la proporción de

Los métodos utilizados tradicionalmente son:

- A ojo.

Un operario más o menos experto suspende en su mano un listón y según su parecer, separa la ma-dera liviana de la pesada. Con este método el grado de incerteza es muy elevado y no es cuantificable.

- Pesando cada listón.

En una balanza normal se pesa el listón y si-guiendo una cuadrícula de dimensiones y pesos, se determina de un modo aproximado su densidad.

Este método es muy propenso al error humano y su grado de incerteza tampoco es cuantificable.

¿Donde radica la verdadera calidad de un núcleo de madera de balsa?

El núcleo “perfecto” sería el que tuviese las mismas características de resistencia mecánica en cualquier parte de la superficie del panel. Sin que presentase zonas débiles con menor resistencia.

En los núcleos de madera de balsa, esto resulta imposible. La causa proviene de la naturaleza.

Factores como el suelo, el clima, la proximidad de los árboles y otros factores. Influyen en el creci-miento de los árboles y por tanto en la densidad de la madera, que a su vez influyen directamente en las características mecánicas de la misma.


clientes, para que puedan contrastar la calidad de estos núcleos.

No hace falta explicar demasiado para enten-der que un núcleo de madera de balsa bien selec-cionado tiene un comportamiento más seguro y esto permite en los cálculos reducir el coeficiente de seguridad o permite eventualmente reducir los espesores.

En conclusión, la selección de densidades y la fiabilidad del método para realizarla, son los que diferenciarán realmente la calidad de un núcleo en comparación con otro, independientemente de su aspecto, color, marca, presentación, etc.

agua no pueda afectar a las mediciones de peso y de volumen para determinar la densidad.

También debe realizarse cuando la madera ha sido troceada, sin importar de qué árbol procedía y de que parte del árbol se trata.

De este modo, con la madera ya en condiciones estables, se procede a determinar la densidad de cada uno de los trozos de madera que compondrán los paneles y mediante la determinación de la den-sidad, resultará posible clasificar estos trozos por grupos o “rangos de densidad”.

Obteniendo así unos grupos mucho más homo-géneos que si no se hace esta clasificación.

Así puede evitarse que un panel de madera de balsa fracase inesperadamente a causa de tener una zona débil.

La pieza que posteriormente se fabrique con un núcleo de madera de balsa, siempre colapsará por la zona en que no pueda soportar los esfuerzos y esta será la zona, donde exista dentro de un panel un trozo de madera débil de baja densidad.

Es por tanto esta selección de la madera, la que finalmente determinará la calidad de un panel en comparación con otro aparentemente igual.

Resulta muy importante asegurarse en el mo-mento de la compra de los rangos de clasificación del fabricante para establecer comparaciones y so-bre todo conocer si este fabricante clasifica o no.

En general estos datos no suelen publicarse en los folletos o catálogos de los productos, pero necesariamente han de estar a disposición de los


pRODUCCIÓNDE GRANDEs BLOQUEs

Cuando los listones de madera de balsa están preparados, seleccionados y cualificados, se enco-lan en grandes bloques de 2’ x 4’ con sobre medida para un posterior recorte y escuadrado de los futu-ros paneles.

Con este procedimiento, todos los listones que-dan paralelos y con la fibra alineada en el mismo sentido. Lo cual permitirá después cortarlos perpen-dicularmente y obtener paneles end grain.

Bloque encolado una vez finalizadala preparación de prensado.


pRODUCCIÓNDE pANELEs RÍGIDOs

Mediante sierras horizontales que se despla-zan sobre carriles o máquinas especiales, se cor-tan los bloques encolados en capas del espesor adecuado.

Fijando los bloques sobre una bancada esta-ble y siempre de modo perpendicular a la fibra (end grain).

En este momento se efectúa otro control de humedad y si es necesario se realiza un resecado hasta dejarlos por debajo del 12%.

Posteriormente los paneles son lijados por ambas caras y escuadradas con maquinaria de precisión.

Largas sierras de desplazamiento horizontal cortan los grandes bloquesen paneles de cualquier espesor.


tRAtAMIENtODE LA sUpERfÍCIE

Para reducir la absorción de resina durante su aplicación, se puede impregnar la superficie del pa-nel con resina, cerrando las células cortadas y los capilares más pequeños, dejando abiertos los capi-lares mayores.

Impregnar los paneles con resina mediante una máquina de dosificación de precisión y curar con luz UV, se realiza en pocos segundos.

Cuando el objetivo que se persigue es la reduc-ción de peso final del objeto a fabricar, este proce-dimiento es discutible.

Según nuestros ensayos. Un mismo panel de madera de balsa impregnado, absorbe en su aplica-ción una cantidad menor de resina igual aproxima-damente a la que nosotros hemos aplicado.

De modo que el peso final del producto en la práctica es el mismo aproximadamente.


LA EstRUCtURA sÁNDwICH

Para entender las propiedades de la madera de balsa en el mundo de los composites hay que enten-der la filosofía de la estructura sándwich. Un panel sándwich es normalmente la unión sinergética de un núcleo de baja densidad con pieles de alto módulo. Conjuntamente se produce un panel de bajo peso y de alta rigidez. Las pieles actúan como las alas y el núcleo actúa como el alma de una viga.

En el siguiente cuadro se da una descripción sim-ple de un laminado monolítico en comparación con laminados sándwich de diferentes espesores.

LAMINADOMONOLÍTICO

SÁNDWICHGRUESO

3t

SÁNDWICHGRUESO

t

Rigidez (EI) 1.0 7.0 37.0Resistencia a la flexión 1.0 3.5 9.2Peso 1.0 1.03 1.06

Material sólido Grueso del núcleo Grueso del núcleo


DEfORMACIONEs:Las deformaciones de un panel sándwich se pro-

ducen por los esfuerzos de flexión y de cizalla.Los esfuerzos de flexión dependen de modulo a

compresión y tracción de las pieles.

La deformación por cizalla depende del modulo a cizalla del núcleo.

Deformación Total = Deformación por flexión + Deformación por cizalla.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Deformaciónpor flexion

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Deformaciónpor cizalla

Como resumen puede decirse que aumentando el espesor del núcleo a igualdad de espesor de piel y prác-ticamente de peso, el aumento de rigidez del panel es exponencial.

¿COMO tRABAJAUNA EstRUCtURA sÁNDwICH?

CARGAs:Considerando una viga en cantilever es decir empo-

trada por un extremo y en voladizo en el otro, la carga aplicada crea un momento flector que es máximo en el extremo fijo. Los esfuerzos de cizalla están aplicados a lo largo de toda la viga. En una estructura sándwich, estas fuerzas crean esfuerzos de tracción en la piel su-perior y de compresión en la piel inferior. El núcleo se-para las pieles y transfiere los esfuerzos de cizalla entre las pieles para hacer que el composite trabaje de una manera homogénea.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

Piel en tensión

Núcelo en cizalla

Piel en compresión


2. RIGIDEZEl panel sándwich debe tener suficiente rigidez a

flexión y a cizalla para evitar deformaciones excesivas y superiores a las admisibles.

3. pANDEO DEL pANELEl espesor del núcleo y su modulo a cizalla deben

ser adecuados para evitar que el panel se colapse bajo las cargas de pandeo aplicadas a compresión.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

MODOs DE fALLO

Los diseñadores e ingenieros deben asegurar que los posibles fallos están considerados en su análisis. A continuación se hace un sumario de ellos:

1. REsIstENCIALas pieles y el núcleo deben ser capaces de soportar

los esfuerzos de flexión, compresión y tracción inducido por las cargas de diseño. La interfase entre el núcleo y las pieles debe ser capaz de transferir los esfuerzos de cizalla entre la piel y el núcleo.

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl


t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

suficiente para evitar la rotura intracelular del nú-cleo por pandeo

7. COMpREsIÓN LOCALLa resistencia a compresión del núcleo debe ser

suficientemente alta para resistir esfuerzos locales en la superficie del panel.

Desde el punto de vista del diseño estructural, el ingeniero tiene que tener en cuenta lo siguiente:

Sea un panel apoyado simple como se mues-tra en la figura y con una carga puntual centrada P. El ancho del panel es b y es menor que 1/3 de su luz (l).

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

4. pANDEO DE LA pIEL El espesor del núcleo y su modulo a cizalla

debe ser adecuado para evitar que el núcleo falle prematuramente por cizalla debido a esfuerzos de compresión.

5. ARRUGAMIENtO DE LA pIELEl modulo a compresión de las pieles y del nú-

cleo deben ser suficientemente altos para evitar fallo por arrugamiento de la piel.

6. ROtURA INtRACELULAR DEL NÚCLEO pOR pANDEO

Para un material de piel dado, la relación de es-beltez del núcleo debe dar una resistencia a cizalla


Los coeficientes kb y ks se obtienen de la si-guiente tabla:

TIPO DE VIGA

Distribución uniforme de la carga

MÁXIMOESFUERZOCORTANTE

F

P2

P2

P2

P2

P

P

P

MOMENTOMÁXIMO

DE FLEXIÓNM

P/8

P/12

P/4

P/8

P/2

P

P/3

COEFICIENTEFLEXIÓN

DEFLEXIÓNkD

5384

1384

148

1192

18

13

115

COEFICIENTECIZALLA

DEFLECCIÓNkS

18

18

14

14

12

1

13

P= q / b Soporte simple


P= q / b

P

P

P

Un extremo fijado(Cantilever)

Distribución triangular de la carga

P= q / b 2


Carga en un extremo


Carga central

Soporte simple

Carga central

Ambos extremos fijados


P= q / b Ambos extremos fijados

La deformación del panel es la debida a la defor-mación por flexión y por cizalla y viene dada por la siguiente fórmula.

D y S son respectivamente la rigidez del panel a flexión y a cizalla.

δ= kb P l3 /D + ks P l /S

t1

h= tc+t1 = 25.4 + 0.5 = 25.8 mm

t1

tc

W

P

L

bl

- tomando una viga, tal como descrito con el ancho (b) menos de 1/3 de luz (l)

Considerando una viga con carga central con b = 0,5 m y l = 2 m y P = 1500 N

Una vez conocido las propiedades del panel tendremos que conocer datos como:

- límites de deformación - límites de espesor - límites de peso - factor de seguridad


pROpIEDADEsDE LA MADERA DE BALsA

Como se ha indicado en el capítulo anterior, los datos mecánicos fundamentales para el estudio del comportamiento del núcleo dentro de la estructura sándwich, es su resistencia a compresión y cizalla. En las siguientes tablas se dan datos comparativos de la madera de balsa con otros núcleos estructura-les para la misma densidad.

20151050

50 100 150 200

RESISTENCIA A COMPRESIÓNDE NÚCLEOS ESTRUCTURALES

Resistenciaa compresión

(MPA)

Densidad (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

250200150100

500

50 100 150 200

MÓDULO A CIZALLADE NÚCLEOS ESTRUCTURALES

Móduloa cizalla

(MPA)

Densidad (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

Posteriormente y siguiendo la espiral del cálculo se procede al cálculo de la rigidez y resistencia del panel, fijando el tipo de materiales a utilizar y sus limitaciones de espesor, etc. Un cálculo estructural en estructura sándwich detallado y preciso debe dar y chequear los siguientes datos:

- Calcular rigidez. - Calcular deformación, incluido deformación por

cizalla.- Calcular el esfuerzo sobre las pieles.- Calcular el esfuerzo sobre el núcleo a cizalla.- Comprobar que el panel no sufre rotura por

ninguno de los modos descritos anteriormente.

Otras consideraciones deben hacerse respecto a los adhesivos de unión entre las pieles y el núcleo a fin de transmitir las cargas. Como una regla general no se deben de utilizar adhesivos que sean de baja resistencia al pelado o demasiado frágiles. Además hay que comprobar la capacidad de mojar el núcleo para lograr una buena penetración y por tanto adhe-rencia. También hay que evitar la utilización de ad-hesivos muy reactivos que puedan generar un alto calor. A diferencia de otros núcleos, la madera de balsa no produce gases en el caso de altas tempe-raturas, pero esa temperatura afectará al adhesivo, perdiendo parte de sus propiedades.


al ser un material orgánico. No existe por tanto compuestos clorados o bromados de alta toxicidad como en el caso de otros núcleos.

La transferencia de calor a través del núcleo depende de los principios básicos de convección, conducción y radiación. Los núcleos metálicos con pieles metálicas maximizan las características de transferencia de temperatura. En el caso de la balsa, esta característica depende del contenido en agua y de la densidad.

Un capítulo muy estudiado en la balsa es su resistencia a ambientes húmedos y agresivos. La integridad de la estructura sándwich depende en gran manera de la calidad del laminado y la capa-cidad que tengan las pieles de quedar adheridas al núcleo. En ese caso y en una zona que pueda estar perforada la piel puede decirse que el agua no migrará a través del núcleo si las indicaciones del fabricante se siguen en lo referente al sellado del núcleo.

20151050

50 100 150 200

RESISTENCIA A COMPRESIÓNDE NÚCLEOS ESTRUCTURALES

Resistenciaa compresión

(MPA)

Densidad (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

250200150100

500

50 100 150 200

MÓDULO A CIZALLADE NÚCLEOS ESTRUCTURALES

Móduloa cizalla

(MPA)

Densidad (Kg/m3)

SAN

PVC cross linked

Balsa

En ellos se demuestra la superioridad mecá-nica que tiene un material natural como la balsa frente a otros de naturaleza sintética.

Existen otras consideraciones no estructurales que deben de ser tenidas en cuenta.

En el caso de la resistencia a la temperatura en el caso de la balsa, de suministro viene con un 12% de contenido en agua que en el caso de aplicaciones de curado a alta temperatura debe ser tenida en cuenta a fin de estabilizar el núcleo y evitar fenómenos de outgassing que pueden comprometer la adherencia al núcleo.

En aplicaciones donde se requiera una buena reacción al fuego, la madera de balsa presenta una buena alternativa en el caso de ser utilizada sobretodo con un composite de matriz fenólica. En ese caso la emisión de humos están sobretodo compuesto por monóxido y dióxido de carbono


fORMAtO DE sUMINIstROs

Panel clásico, flexible con tela y divisiones longi-tudinales y transversales.

• BALsAfLEX ® 110 densidad 100 – 125 kgs./m3.

Cuando el peso final del sándwich es importante.

• BALsAfLEX ® 150 densidad 150 – 175 kgs./m3

Para la aplicación típica del núcleo de balsa.

• BALsAfLEX ® 220 densidad 210 – 250 kgs./ m3

Un núcleo de alta resistencia, ideal para refuer-zos en áreas precisas, moldes o para piezas ex-tremadamente resistentes.


IMPREGNACIÓN OPCIONAL DE TODOS LOS TIPOS DE PANELES CON RESINA POLIESTER.

Reduce la absorción de resina durante el pro-ceso de fabricación del composite.

pRODUCtOs EspECIALEs pARA INfUsIÓN

Los valores de esta ficha técnica, son valores pro-medios de diferentes pruebas.

Las pruebas han sido realizadas por un Certifiation Technological Center.

Hay que tener en cuenta, que se trata de un pro-ducto natural con la influencia de muchos factores debido a la explotación forestal. Por esta razón, los valores indicados, no pueden expresar garantía im-plícita en cuanto a su exactitud.

CARACtERÍstICAs tÉCNICAs

CARACTERÍSTICAS BALSAFLEX® BALSAFLEX® BALSAFLEX®

TÉCNICAS PRINCIPALES 110 150 220

DENSIDAD Kgs./m3 110 150 220

RESISTENCIAA LA COMPRESIÓN MPa 9,4 13,0 23,2 ASTM C-365

MÓDULOA LA COMPRESIÓN MPa 2518 4217 6800 ASTM C-365

RESISTENCIAA LA CIZALLA MPa 2,08 2,97 3,12ASTM C-273

MÓDULOA LA CIZALLA MPa 130 173 305ASTM C-273


Dimensiones Unidades Filetes Flexibles & Filetes Rigidos

Espesor pulgadas 3/8 7/16 1/2 5/8 11/16 3/4 1 11/4 11/2

mm 9,53 11,11 12,70 15,88 17,46 19,05 25,40 31,75 38,10 A pulgadas 1,22 1,32 1,42 1,50 1,56 1,61 1,77 1,77 1,77 mm 31 33,5 36 38 39,5 41 45 45 45 B pulgadas 0,61 0,60 0,59 0,45 0,40 0,35 0,16 0,16 0,16 mm 15,50 15,25 15,00 11,50 10,25 9,00 4,00 4,00 4,00

(º) 30 30 30 30 30 30 31 37 42 Piezas/Caja 754 600 484 408 384 336 264 192 168

A

Gru

eso

B

1mm

Longitud del filete: 2, (610 mm.)

fILEtEs fLEXIBLEsRANURAS LONGITUDINALES

RANURAS Y PERFORACIONES

PERFORACIONES


productos

• Paneles rígidos

• Paneles flexibles

• Paneles flexibles con perforaciones

• Paneles flexibles ranurados

• Paneles flexibles, ranurados y perforados

• Paneles rígidos o flexible con preimprimación.

CARACtERÍstICAs GENERALEs

Grueso mm Largo Ancho paneles/Caja 1/4” 6,35 122 cm. 61 cm. 32,74 m2

3/8” 9,52 122 cm. 61 cm. 20,83 m2

1/2” 12,70 122 cm. 61 cm. 16,37 m2

5/8” 15,90 122 cm. 61 cm. 13,40 m2

3/4” 19,00 122 cm. 61 cm. 10,42 m2

1” 25,40 122 cm. 61 cm. 8,19 m2

1 1/4” 31,75 122 cm. 61 cm. 6,70 m2

1 1/2” 38,10 122 cm. 61 cm. 5,95 m2

2” 50,80 122 cm. 61 cm. 4,47 m2


GUÍA DE pROCEsO

En ésta guía se dan las claves para transformar la madera de balsa con éxito en la fabricación de estructuras sándwich con diferentes técnicas de em-pleo. Estas técnicas de empleo son las siguientes:

1. Laminado en húmedo.

2. Laminado en molde cerrado. RTM, RTM Light, VARTM, Infusión, etc.

3. Laminado con preimpregnados.

Laminado en húmedo.

- Laminar la piel externa utilizando técnicas nor-males y dejar curar.

- Patronear la madera de balsa a la forma del molde. Si se va utilizar vacío para compactar, es ne-cesario tenerlo todo preparado antes de comenzar.

- Imprimar la madera de balsa con 300-500 gr/m2 por cada lado y sin curar poner sobre el laminado.

Moderna fábrica de paneles rígidos y flexiblesde madera de balsa en EL Ecuador.


- Cargar el molde con los refuerzos según el di-seño de la pieza.

- Posicionar la madera de balsa que además y utilizando la calidad XX puede servir como ve-hículo de transmisión de la resina. En cada caso debe estudiarse el tipo de ranurado para la apli-cación, consultar por tanto con nuestro depar-tamento técnico. Es necesario en ésta aplicación que la calidad de la balsa sea imprimada sino en la fase anterior al gel de la resina, la balsa pue-de por capilaridad absorber parte de la resina del laminado y dejar el laminado seco.

- Una vez cargado el molde y con el vacío aplica-do a los niveles de diseño, se mantendrá aplica-do el vacío durante un tiempo para sacar restos de humedad del laminado y de la balsa.

Laminado con preimpregnados.

Quizás de todos los procesos posibles de trans-formación, los preimpregnados son los más compli-cados y exigen una técnica más depurada.

La madera de balsa ha demostrado ser durante años un material adaptado a la técnica y muy com-petitivo en cuanto a costes de transformación y de adquisición respecto a otros.

En estos procesos hay que estudiar el tipo de balsa a utilizar y controlar el grado de humedad (3-5%). La balsa debe estar previamente estabilizada a la temperatura de curado del preimpregnado a fin de evitar fenómenos de outgassing que pueden

Existen varias técnicas para pegar la balsa aplicadas sobre el laminado:

- Utilizar mat (CSM 300gr/m2) y consolidar con rodillo metálico.

- Utilizar masilla de baja densidad. Consultar con el servicio técnico.

- Aplicar la balsa sobre un laminado húmedo. En este caso es aconsejable utilizar vacío para con-solidar el laminado.

- Aplicar la piel interna utilizando técnicas nor-males. Si es posible arrancar el vidrio de soporte de la balsa.

Es muy aconsejable que se asegure que los hue-cos de la balsa queden llenos. Se ha de realizar una prueba anterior a la aplicación para asegurar que la adherencia es correcta. En todo el proceso debe con-trolarse la humedad de la balsa. El contenido ideal de agua en la balsa es en torno al 5%.

Laminado en molde cerrado. RtM, RtM Light, VARtM, Infusión, etc.

Actualmente los procesos de molde cerrado es-tán imponiéndose respecto a otra técnica cualquie-ra existente. La eliminación casi por completo de la emisión de compuestos orgánicos perjudiciales para el medio ambiente y la salud junto con una mejo-ra en la calidad de la pieza y una reducción de su coste.


Precauciones en la manipulación.

Cuando se manipule madera de balsa, es necesario utilizar guantes de algodón para evitar contaminación en la zona de unión.

En las operaciones de corte y lijado se deben utilizar mascarillas respiratorias y monos desechables cuando se manipulen resinas líquidas.

MsDscomprometer la adherencia con las pieles. La made-ra de balsa se ha utilizado con éxito a temperaturas de curado de 130ºC, logrando una gran adherencia con las pieles. La adherencia con las pieles se llevan a cabo mediante:

- Film adhesivo de resina epoxy desde 200-400 gr/m2 en ambos lados de la balsa.

- Imprimación con 300-400 gr/m2 resina líqui-da epoxy. En este caso no se deja curar y se fa-brica el sándwich en un proceso de cocuring.

- Masilla epoxy de baja densidad sobre el primer laminado curado (200-400 gr/m2). En ese caso se imprima la balsa con 200 gr/m2 de resina lí-quida.

Especial atención hay que tener con el pegado de la balsa porque debido a sus altas prestaciones mecánicas, el adhesivo y la interfase deben ser ca-paces de transmitir los esfuerzos no siendo la zona débil y crítica. Las cantidades a utilizar dependerán de la forma de la pieza y por tanto de las aberturas de los cortes, del espesor del núcleo, de la calidad de la superficie, etc.

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