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¿Se podría construir una casa de madera … enteramente en madera?

 

Este post es una reflexión. Estamos siendo testigos de sensacionales innovaciones en el campo de los materiales derivados tanto de la madera en sí como de los tres componentes principales de la madera, a nivel químico: celulosa, hemicelulosa y lignina. Aunque algunos de estos novedosos materiales están en un estado de investigación básica.

Hasta tal punto que nos preguntaríamos si, en un futuro próximo, se podría construir una casa de madera … enteramente en madera. De acuerdo, habrá otros materiales como el acero, aluminio, hormigón, materiales derivados del petróleo, etc., pero con una restricción: la suma de estos materiales, en peso, no superará un cierto porcentaje. ¿Un 2-5%?

Imaginemos, en un futuro hipotético, un escenario para construir una casa de madera con estos materiales. En el momento de un diseño conceptual de la casa, tratamos de reunir información y explorar lo que lo que nos ofrecería el mercado en ese futuro. Entonces, siguiendo la secuencia de construcción de una casa, se revisa qué elementos de una casa pueden ser de madera o derivado de la madera:

  • La cimentación:

La construcción más sencilla de la cimentación es una losa de hormigón con aislamiento (placas de poliestireno extrusionado, etc.) y demás capas de impermeabilización y estanqueidad, y es la más habitual.

Solera de hormigón

Pero esto implica hormigón y otros materiales derivados del petróleo. Además, si hay sótano, hay que preocuparse de un diseño cuidadoso de las diferentes capas con múltiples materiales para una adecuada y duradera impermeabilización.

Con el cambio climático, las inundaciones en España empiezan a afectar a una parte significativa de su territorio. De hecho, muchas zonas de España ya son zonas inundables.

Sabiendo que las casas de madera son ligeras, es mejor construir un forjado de madera elevado sobre un sistema de pilotes de madera.

Pueden emplearse plots con otros materiales, como el hormigón, o sistemas de pilotes como el Poliedre o los pilotes atornilllados.

Piloedre

Poliedre – Imagen de THK Construcciones

Casa Eucaliptus – Imagen de André Eisenlohr

CLT sobre pilotes – Imagen de Holzbau Stiegler

CLT sobre pilotes – Imagen de Holzbau Stiegler

 

Si se deja la altura adecuada debajo de la casa, se pueden organizar diversas dependencias como garaje, trastero, etc. y sólo es construir unas paredes y un suelo ligeros.

House Unimog – Fabian Evers Architecture and Wezel Architektur

House Unimog – Fabian Evers Architecture and Wezel Architektur_2

 

Son materiales o sistemas que implican una mínima cantidad de materiales y un mínimo impacto en el terreno.

Claro está que siempre debe hacerse un estudio geotécnico del suelo que, tras una estimación de las cargas de la edificación, se pueda seleccionar el sistema de fundación más adecuado y ofrecer, además, un abanico de posibilidades geométricas y de profundidad para el rango de cargas actuantes.

 

  • La estructura de madera:

Hay varios sistemas, pero se recomendarían:

– Sistemas de pilar y viga (post and beam) de madera maciza (pino silvestre, roble, abeto Douglas), usando los tradicionales ensambles de la carpintería de armar con pocos herrajes.

 

– Sistemas de entramado ligero tipo plataforma con elementos de madera maciza de pequeña escuadría.

– Sistemas con elementos de madera de ingeniería como la madera contralaminada (CLT) con espigas de madera dura o el Dowel Laminated Timber (Bresttstapel), ambos sin adhesivos. También, sistemas de troncos (log homes) y sistemas constructivos que emplean bloques de madera como el Brikawood.

Holz 100

Imagen de Thoma Holz

DLT

Imagen de Taiga Log Homes Company, Rusia

Brikawood

 

En la actualidad, lo habitual es que estos sistemas emplean maderas de ingeniería (EWP) como la madera contralaminada (CLT), la madera laminada (Glulam), tableros contrachapados (plywood), madera microlaminada (LVL), tableros OSB, etc. que se fabrican con adhesivos del grupo de las resinas fenólicas, o sea, unos materiales derivados del petróleo, lo que hace que el producto final no sea biodegradable o difícil de reciclar.

Los cambios tanto en la legislación sobre el formaldehído como en los requisitos voluntarios (por ejemplo, el RAL de Alemania) y el interés de los consumidores por productos sanos y sostenibles son, actualmente, los factores que impulsan la investigación sobre alternativas a los adhesivos de base biológica.

Por ejemplo, las formulaciones adhesivas a base de lignina, como el Lineo de Stora Enso. Debido a su estructura química, es especialmente adecuado como sustituto del fenol en resinas fenólicas industriales utilizadas en la fabricación de tableros de madera y madera de ingeniería, por ejemplo, madera contrachapada, tableros de fibras orientadas (OSB), madera microlaminada (LVL), laminado de papel y material aislante.

Otro bioadhesivo interesante es el Ligate.

También se piensa en adherir sin adhesivos … mediante procesos mecánicos directos como muestran las investigaciones de Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna, Suiza, en el marco del proyecto Eco-Welding. Dos superficies de madera son prensadas bajo presión y vibradas. La fricción genera temperaturas muy altas en poco tiempo, que plastifican especialmente la lignina contenida en la madera, por lo que la madera adquiere una consistencia viscosa. Una parada brusca del movimiento conduce a un enfriamiento rápido del material, con ambas partes uniéndose.

Imagen de baubiologie.de

Hay recientes investigaciones que auguran unas maderas tan resistentes como el acero (más de 10 veces más fuerte y resistente que la madera normal) o más fuertes como la seda de araña (con una resistencia a la tracción casi cuatro veces superior a la del acero). En ambas investigaciones se modificaba la celulosa. ¿Qué sugiere esto? Pues que se podría construir una casa de madera con menos madera…

Otra reciente investigación que refuerza esta idea, es un tratamiento de superficie, desarrollado por la australiana CSIRO, “destinado a mejorar la viabilidad y conveniencia de los componentes de madera de frondosas en la construcción, mejorando la resistencia de la unión cuando se aplican adhesivos y recubrimientos. […] el tratamiento de superficie patentado mejora significativamente la resistencia al unir maderas duras utilizando adhesivos de poliuretano y aumenta la capacidad de adhesión de la madera y de los recubrimientos transparentes, […] especialmente en situaciones en las que la madera está expuesta a condiciones cambiantes como variaciones estacionales y en especies que son notoriamente difíciles de laminar.

“Dado que las vigas de madera dura son generalmente más resistentes que sus contrapartes de madera blanda, el poder reducir su tamaño y aumentar su capacidad de expansión a través de una unión adhesiva más fuerte ciertamente sería de gran beneficio.”

“Además, con el aceite natural que se encuentra en la madera haciendo que los recubrimientos se desprendan con el paso del tiempo, este tratamiento podría reducir significativamente la necesidad de una reaplicación regular. Reducir la necesidad de volver a aplicar revestimientos aumentaría aún más la conveniencia de la madera dura como material de construcción preferido”.

El tratamiento patentado CSIRO se aplica a la superficie de la madera antes de la aplicación de adhesivos o recubrimientos. Las pruebas han demostrado que los adhesivos forman una unión más profunda y fuerte con la madera, lo que resulta en una mayor resistencia, mientras que los recubrimientos se vuelven sustancialmente más duraderos, lo que les permite resistir condiciones como la exposición a los rayos UV.

 

  • La envolvente:

Aquí entran materiales tanto de aislamiento como de revestimiento para forjados, paredes y tejados.

Como materiales de aislamiento están las fibras de madera y el corcho (no es madera, pero es un producto ecológico derivado de la corteza del alcornoque).

Hay dos métodos de fabricación de los aislamientos de fibras de madera: proceso húmedo y proceso seco. La materia prima de la madera se corta en trozos de madera más pequeños, que luego se rompe termomecánicamente en un desfibrador. En el proceso húmedo, la fibra de pulpa se mezcla con agua y se crea una suspensión acuosa. Esta suspensión acuosa se calienta y libera las colas naturales de lignina y hemicelulosa y, luego, se drena, formando una lámina de fibra que constituye la base del nuevo tablero. Las tablas escurridas se secan para alcanzar el contenido final de humedad. En el proceso seco, las fibras secas de la pulpa se mezclan con una resina de poliuretano para ligar las fibras y, a continuación, los paneles se curan con una mezcla de vapor y aire y se cortan a medida.

Las fibras de madera de proceso húmedo tienen más densidad y pueden almacenar cantidades significativas de humedad sin ningún detrimento a su conductividad térmica, y sin sufrir daños, y son permeables al vapor con buenos niveles de capilaridad (capacidad de mover la humedad). Como los paneles son semirígidos, estas fibras son más adecuados como Aislamiento Térmico Exterior (SATE) de los sistemas de CLT o DLT y entramados ligeros.

Las fibras de madera de proceso seco son más flexibles, y por tanto más ligeras, y son más adecuadas, por ejemplo, para el relleno entre los montantes de los entramados ligeros, entre viguetas de los forjados o entre pares de cubierta.

Es de esperar que, a medio plazo, se puedan sustituir las resinas sintéticas de las fibras de madera de proceso seco por un ligante derivado de la madera.

Y el corcho negro se utiliza como un sistema SATE. En su fabricación, como ligante se utiliza una sustancia que contiene el propio corcho, la suberina.

Corcho – Imagen de Jordi Badia – Ecohabitar

Un futuro material de aislamiento fascinante son las espumas de madera (wood foams), sin aditivos, desarrollado por el Instituto Fraunhofer para la Investigación de la madera. Como se explica en este artículo y en este otro, que serán buenos competidores de las espumas de plásticos petroquímicos y como espuma en paneles sándwiches para puertas y paneles para paredes, entre otras aplicaciones.

 

wood foam

Recientemente, Liangbing Hu y sus colegas de la Universidad de Maryland, EE. UU., han desarrollado el Nanowood un aislamiento a base de nanocelulosa. Sometieron a la madera a un tratamiento químico que eliminaba toda la lignina y la mayor parte de la hemicelulosa. Pero el tratamiento químico de la madera deja las nanofibrillas de celulosa alineadas en una dirección. Lo cual consigue una conductividad térmica, paralela a la dirección de las fibras, de 0,03 W/mK (comparable o incluso ligeramente mejor que la espuma de poliestireno) y que esta alineación de las fibras también hace que el Nanowood sea extremadamente fuerte (puede soportar presiones de más de 50 veces la de la espuma de celulosa comercial y 30 veces la de la espuma de poliestireno).

Los investigadores están en camino de comercializar el producto a través de una empresa llamada Invent Wood.

Nanowood

 

 

Como materiales de revestimiento en los sistemas de entramado usan tableros OSB o contrachapados para el arrostramiento de los montantes de madera y capa de soporte de los acabados. Y se fabrican con colas de fenol-formaldehído. Pero se pueden evitar dichos tableros como se demuestra en este post de 475 High Performance Building Supply. Es construir el entramado sin las dos capas de tableros (sheating) que hay a ambos lados de los montantes. Entonces, el arriostramiento lo proporcionan, en parte, los listones diagonales que soportan el revestimiento exterior.

Imagen de 475

Para asegurar la hermeticidad y estanqueidad de la envolvente, la cuestión es más complicada. Previamente, la dirección facultativa tiene que tener claro cómo va a funcionar la casa desde el punto de vista de la física de la construcción. Pero seguiremos usando las láminas de vapor inteligentes y las láminas impermeables basadas en materiales como polietileno y polipropileno, derivados del petróleo.

Sí está claro que se puede sustituir la lámina impermeable de las fachadas y tejados inclinados por los paneles bajo-teja de fibras de madera de alta densidad de proceso húmedo, impermeables, cortavientos y transpirables.

¿Se pueden sustituir estas láminas por textiles derivados de la madera? El tiempo dirá.

 

Como revestimiento de fachadas (claddings) se utilizan los entarimados, entablados o listones de madera, con su multitud de formatos y perfiles.

Bardage Châtaignier DéjàGris et Révélée Charcoal Déstructuré – aspect sciage fin – finition Rubio Monocoat – Imagen de Rahuel Charpente

Fachada con la técnica del sugi ban- Fire Station 76 in Oregon – Hennebery Eddy Architects

No deberían admitirse los enlucidos o enfoscados. ¿No era un argumento de márketing el que una de las principales características de la construcción en madera es que una obra seca?

 

Como revestimiento de interiores se utilizan, habitualmente, dos capas de tableros de yeso, por sus ventajas: es barato, proporciona aislamiento acústico, protección contra el fuego, etc. Pero, ¿es sostenible? Lloyd Alter lo explica aquí. Podemos sustituir los paneles de yeso por una multitud de tablas y paneles de madera con diversos formatos y perfiles. O dejar la madera desnuda como se explica en un post anterior.

Imagen de Olin Bartlome

 

  • Carpinterías.

Para las carpinterías de huecos se colocan ventanas y puertas de madera.

Para las ventanas, cristales de madera… Hay dos equipos de investigación, uno sueco y otro estadounidense, en el desarrollo de la madera transparente: eliminando la lignina de la chapa de madera. Se descubrió que distribuye mejor la luz, elimina el resplandor y ofrece un mejor aislamiento térmico. Además, su fuerza inherente permitiría que las ventanas de madera transparente fueran más altas y anchas que las ventanas hechas con vidrio.

Imagen de la Universidad de Maryland

Imagen de Peter Larrson

Para el revestimiento de suelos, hay multitud de materiales como tarimas y parqués de madera. Para las zonas húmedas como los baños y cocinas no es problema con los nuevos laminados sintéticos resistentes al agua. Adiós a las baldosas cerámicas.

Como se expuso antes, en el futuro se espera que se sustituyan las resinas sintéticas de estos suelos por otras derivadas de la madera.

Imagen de T.Riverwood – El bog oak es un roble que ha estado sumergido bajo el agua durante varios miles de años. La ausencia de luz y oxígeno ha hecho que la madera se vuelva muy oscura en este proceso. Es uno de los suelos más caros del mundo.

 

  • Cubiertas:

Como se expuso en un post anterior, existen diversos sistemas y materiales de madera como coberturas de tejados sustituyendo a los tradicionales materiales como la pizarra, la teja y las chapas metálicas. Son las maderas modificadas, como la acetilada, la furfurilada, la termotratada, etc. las más adecuadas por su durabilidad (no las tratadas). No hay duda de que las investigaciones sobre las maderas modificadas proporcionarán nuevas maderas y mejoras para las actuales. Y no sólo para las cubiertas sino, también, para las fachadas y las tarimas al exterior.

Kata Farm – AIX Arkitekter AB – Imagen de Antonius van Arkel

  • Diversos materiales:

Luego están los diversos materiales que, por ejemplo, aseguran la hermeticidad de una casa mediante el sellado de las juntas y penetraciones de los diversos paneles. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Delaware, EE. UU., ha desarrollado, empleando la lignina, una cinta adhesiva de madera que funciona de manera similar a la Scotch Magic Tape. Queda más investigación, sobre todo en cuanto a su durabilidad.

En el tema de los conectores, ya se pueden utilizar los clavos de madera en vez de los metálicos, tal como se explica en un post anterior, Lignoloc – Clavos de madera.

Imagen de Beck

Quedan más investigaciones para que resulten en aplicaciones prácticas en el mundo de la construcción en madera. Construyendo una casa de madera …enteramente en madera, nos permite tener un futuro más sostenible y mucho menos dependiente del petróleo. España no tiene petróleo, pero sí tiene madera. Pasemos de la economía del petróleo a la economía de la madera. Todo en madera.

 

Back to Earth, una empresa británica proveedora de materiales para la construcción sostenible, ha desarrollado un curso gratuito online sobre los aislamientos de fibra de madera. Diseñado para arquitectos, constructores y autoconstructores, el curso cubre cómo especificar, obtener y utilizar la fibra de madera de forma eficaz.

Durante 12 módulos le guiarán a través de una serie de temas, comenzando con una visión general del tema y pasando a cubrir el aislamiento de tejados, paredes y suelos.

Este curso ha sido curado por Chris Brookman, fundador de Back to Earth. De entre los que han colaborado en el desarrollo de este curso están Elrond Burrell, arquitecto y Certified Passive House Designer, y Carpenter Oak.

El temario es el siguiente:

  1. Course introduction
  2. Comfort, sound insulation and resilience
  3. Overheating
  4. Pitched roof insulation
  5. Flat roof insulation
  6. Internal solid wall insulation
  7. External solid wall insulation
  8. Timber framed wall insulation
  9. Suspended floor insulation
  10. Air tightness and the use of tapes
  11. Use of vapour control membranes
  12. Maintenance and Design
  13. Choosing the right systems

Al final del curso se hace un examen que, superado, permite obtener un certificado de competencia, de pago.

 

En adelante, Madera Estructural publicará, a modo de tips, pequeños post con breve información o enlaces a documentos .pdf, presentaciones, infografías, videos, etc. con información breve que les sea muy útil.

Ahora, un informe breve de Building Green resumido de su publicación “Insulation Choices: What You Need to Know About Performance, Cost, Health and Environmental Considerations”.

Building Green.

Insulation recommendations de Building Green.

 

 

Sabemos que en este país vamos hacia atrás en la cuestión de las energías renovables. Hace poco que hemos sabido que España es el país del mundo que más incrementó el consumo de carbón en el 2015 al elevar un 23,9 % la demanda frente a una caída del 1,9 % en el resto del planeta. Y encima la producción autóctona se derrumba un 24,5 %.

Aun así, podemos hacer algo, por ejemplo, en la cuestión del aislamiento en la edificación: optar por los aislantes ecológicos.

Existen muchos aislantes en el mercado y, cada cierto tiempo, se tiene noticia de la aparición de otro. El mercado es inmenso. Que destaque un aislante sobre otros es más una cuestión de marketing que de la bondad de sus propiedades físicas.

Pero, realmente, ¿cuál es el aislamiento más ecológico?

Considero que el aislante más ecológico y eficiente es:

  • Con una buena ratio CO2/Rt.
  • Y de producción nacional.

Los criterios para comparar los diferentes materiales aislantes son especialmente complejos. Para compararlos se debería obtener un ratio que relacione los kg de CO₂ por unidad de resistencia térmica (Rt). Este ratio se ha obtenido calculando, en primer lugar, la huella de CO2 en volumen y, luego, dividiendo el CO₂ en volumen entre la resistencia térmica.

Es decir, para el cáñamo:

Rt = 1 metro/0,04 = 25

-0,624 kgCO2 eq./KgMat. x 46 kg/m³ = -28,7

Ratio = -28,7 / 25 = -1,148 = -1,15

 

Aislante Cáñamo Celulosa Fibras de madera Aglomerado de corcho expandido Lana de oveja
Imagen  canamo  celulosa  sylvactis-40-fx  corcho  lana-de-oveja
Aplicación/formato Panel Insuflado Panel Panel Panel
Nombre comercial Thermo-chanvre Sylvactis 40 FX Wool4build Premium
Fabricante Thermo Natur Aislanat Actis Amorim Grupo Lederval
Composición 85-90 % de cánaño, un 8-10 % de ligantes (fibra termofusible de poliéster) y 2-5 % de carbonato de sodio como protección contra el fuego Papel reciclado y borax Fibras de madera, ligante termofusible y agente ignífugo 100 % corcho natural 85 % de lana y 15 % de fibra termofusible de poliéster
Densidad en kg/m³ 28-46 45 40 100/120 30
Conductividad térmica λ (W/m·K) 0,04 0,038 0,038 0,037/0,04 0,033
Resistencia térmica (m²·K/W). Para 100 mm de espesor. 2,5 2,63 2,63 2,7 3
Coeficiente de resistencia a la difusión de vapor, μ 1 a 2 <3,5 <2 7 a 14 1-2
Calor específico, en Kj/kg·C° 2,3 2 2,1 1,67 1
Clasificación contra el fuego E B-s2,d1 E E-s1,d0, y B2 con recubrimiento E
Precio indicativo, para  100 mm  de espesor <15€/m² 0,8 €/kg <13 €/m² <35 €/m² <10 €/m² (50 mm de espesor)
Huella de CO2V (kgCO2 eq./KgMat.) -0,624 0,056 0,0058 0,2 1,5
Ratio (CO2/Rt) -1,15 0,1 0,35 0,89 1,49

 

λ = cuanto menor, mejor aislamiento.

Rt = cuanto mayor, mejor resistencia térmica.

μ = cuanto más se aproxime 1 o 2, mejor permeabilidad al vapor de agua.

Ratio = cuanto menor, mejor. Se considera un 1 metro de espesor.

Cuanto más calor específico, mejor inercia térmica.

 

 

Los fabricantes de cáñamo son franceses y los de fibras de madera, franceses y alemanes. Desconozco que los haya españoles.

 

Hoy, dos libros cuyos autores son los del estudio italiano Ergodomus.

 

Legno.. Construire… Habitare…

En palabras de los autores:

“La idea de esta publicación se remonta a 2013, cuando surgió la necesidad de cubrir una necesidad concreta del mercado en vista de la falta de textos técnicos y documentos en la lengua italiana con respecto a edificios de madera y muchos de los aspectos legales relacionados con su diseño, que no es sólo estática – a este respecto, véase la publicación “El libro del carpintiere” -, sino también de física técnica, diseño y desarrollo, el análisis de la estratigrafía y los detalles individuales.

 

La palabra clave aquí importante es esta última, es decir, “detalles“: este es el aspecto que más afecta a la calidad de los edificios de madera y especialmente de su duración. El libro analiza en profundidad muchos ejemplos de estratigrafía con sus detalles y métodos de conexión: xlam o entramado, muros ventilados y no ventilados, techos planos o inclinados, etc., sólo por mencionar algunos.

 

Cada detalle y / o estratigrafía se analiza y ‘explota‘ en sus componentes esenciales con el fin de garantizar la resistencia estática, la capacidad aislante, la estanqueidad al aire y al agua, gracias a la utilización de análisis de elementos finitos térmicos específicos, como puede verse en las siguientes páginas de ejemplo.

 

Para hacer la consulta en obra más fácil, se ha creado una versión específica de bolsillo sin la introducción teórica.

 

Nos gustaría dar las gracias a RoofRox, 3Therm y RIWEGA por patrocinar esta publicación.

 

Se han impreso 7000 copias de la versión integral y 10.000 de la versión abreviada, en dos ediciones sucesivas (5000 + 5000) para satisfacer la gran demanda de esta publicación.

[…]”

 

En:

http://www.ergodomus.it/en/woodbuildingliving-abstract/

 

Imagen de Ergodomus

Imagen de Ergodomus

 

El libro del carpentiere

“¿Cómo se calcula un tejado de madera? ¿Cómo se conectan dos vigas una a la otra? ¿Qué características deben de tener las conexiones a tierra de los edificios de madera?

 

El libro aborda la cuestión compleja y, a menudo subestimada, del cálculo estático de edificios de madera y está destinado para los menos expertos, así como para los técnicos que ya trabajan en el sector y que deseen adquirir más conocimientos acerca de determinados aspectos de este campo. A partir de las características específicas de los diferentes tipos de madera, el libro pasa luego a definir tablas la madera laminada encolada y el cálculo basado en el método semi-probabilístico de los estados límites: cálculo de las acciones, incluidas las sísmicas, y su combinación, sin olvidar el comportamiento en caso de incendio.

 

Las conexiones son probablemente la parte más compleja de un edificio de madera y, por lo tanto, se tratan extensamente. Tornillos, soportes, pernos, clavos, las conexiones tradicionales de carpintería, etc. se describen con la ayuda de un gran número de ejemplos de aplicación.

 

Las características de los diferentes métodos de construcción se ilustran de una manera clara y exhaustiva, con referencia a las propiedades estáticas y térmicas y a su comportamiento físico y técnico. Se presta especial atención a xlam como un material innovador.

 

Después de una primera edición publicada en 2010, una segunda edición ampliada y revisada extensivamente fue impresa en 2012 con más de 4000 copias.

[…]”

 

En:

http://www.ergodomus.it/en/the-carpenters-book-abstract/

Imagen de Ergodomus

Imagen de Ergodomus