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En casi todos los productos de madera de ingeniería (EWP, Engineered Wood Products) se emplean adhesivos. Pero desde una perspectiva biofílica, algunos anhelan construir su casa sin emplear adhesivos a causa por la preocupación suscitada por los formaldehídos. Pero, ¿qué sabemos sobre los adhesivos que se emplean actualmente?, y, ¿qué nos espera el futuro inmediato en cuanto a los adhesivos de base biológica? Y una nota final sobre el proyecto Wood2new sobre la calidad del aire interior en las casas de madera.

 Primero debemos conocer cuáles y cómo son los adhesivos empleados en la construcción en madera. En este post, la madera de ingeniería que más se tratará es la madera contralaminada (CLT).

Los adhesivos para madera juegan un papel clave en la construcción en madera. Los adhesivos ayudan a ahorrar madera, y pueden ser usados para construir estructuras ligeras pero fuertes y para moderar la expansión y contracción debida a la retención de humedad inherente de la madera. Los modernos adhesivos para madera han sido diseñados para satisfacer las necesidades de la industria de la madera y están en constante evolución.

Los adhesivos se utilizan bajo condiciones controladas en la producción de los productos de madera de ingeniería (EWP) estructurales.  Estos productos incluyen madera aserrada unida por entalladuras (KVH), madera laminada encolada (MLE), tablones laminados (DUO, TRIO), madera contralaminada (CLT), madera contrachapada y madera microlaminada (LVL).

 

1. Tipos de adhesivos habituales:

Los tipos de adhesivos más comunes son el fenol-formaldehído (PF), el fenol-resorcinol-formaldehído (PRF), el adhesivo resorcinol-formaldehído (RF), el adhesivo a base de amino resinas (adhesivo melamínico-urea-formaldehído (MUF)), el adhesivo de poliuretano (PU o PUR) y el adhesivo de emulsión de polímero isocianato (EPI). En cada caso, las necesidades del producto final, la clase de servicio en obra (1, 2 ó 3) y el tipo de línea de producción influyen en la selección.

  • Los adhesivos a base de fenol, como el fenol formaldehído (PF), se utilizan principalmente en la producción de madera contrachapada estructural y madera microlaminada (LVL). El PF es la clase más antigua de adhesivos sintéticos. Es muy fuerte y duradero en condiciones secas y húmedas y presenta una gran adherencia a la madera. Son muy fáciles de manejar y el tiempo de vida de la mezcla puede ajustarse fácilmente mediante pequeños cambios de formulación. Los adhesivos de fenol tienen dos o tres componentes, se curan a altas temperaturas, sin endurecedor, y crean una junta adhesiva oscura duradera, frente a la humedad, pero visible. Han sido utilizados y probados para la producción de paneles composites de madera durante muchos años. El contenido de formaldehído libre emitido por el adhesivo PF en los productos de madera de ingeniería es menor que el emitido por los adhesivos MUF y UF (urea formaldehído). Son baratos.
  • Los adhesivos de urea-formaldehído (UF) son los más utilizados en la actualidad. Se emplean desde hace más de 60 años. Estos adhesivos de bajo costo son fáciles de usar en una amplia variedad de condiciones, se curan a bajas temperaturas, tienen excelentes propiedades térmicas y la resina curada no da ningún cambio de color a los paneles terminados.Los adhesivos UF liberan formaldehído en el ambiente interior a tasas más altas que otros adhesivos debido a su reducida resistencia a la humedad, especialmente cuando la temperatura ambiente aumenta. Estas condiciones resultan en la hidrólisis del enlace UF, que aumenta la tasa de emisiones de formaldehído. Como resultado, los adhesivos UF se encuentran con mayor frecuencia en productos utilizados en interiores de edificios, donde hay menos exposición a la humedad.
  • Los adhesivos de melamina urea formaldehído (MUF), o adhesivos de dos componentes melamínico-urea-formaldehído, se utilizan en la producción de muchos productos estructurales de madera, particularmente en la producción de tablones KVH (madera encolada por las testas mediante finger-joint y de madera laminada encolada (MLE). Llevan en el mercado más de 40 años. La MUF se cura a altas temperaturas y crea una junta adhesiva incolora. La melamina proporciona mayor resistencia y durabilidad al adhesivo, a la vez que reduce la tasa de hidrólisis, lo que ayuda a reducir las emisiones de formaldehído del adhesivo. En producción, las juntas de cola MUF aún no endurecidas contienen formaldehído libre, que puede emitirse durante el proceso de endurecimiento. Pero endurecidas las juntas de pegamento son completamente inofensivas. Es bastante caro.
  • Los adhesivos monocomponentes de poliuretano (PUR) se utilizan en la producción de finger joints, madera laminada encolada, troncos laminados y madera contralaminada (CLT) y madera laminada. El adhesivo de poliuretano también se utiliza para unir capas de láminas LVL (face bonding). Los adhesivos de poliuretano para madera se curan cuando se exponen a la humedad a temperatura ambiente (curado en frío) y crean una junta adhesiva incolora. Se preparan utilizando una reacción de poliol e isocianato, que crea enlaces de uretano. La ventaja del adhesivo PU es la reacción de los isocianatos con el hidrógeno activo en la superficie, el substrato o el aire, haciendo posible el encolado de superficies con diferentes contenidos de humedad. El tiempo de curado es relativamente corto, de 3 a 4 horas, lo que da como resultado una unión fuerte y duradera al agua. Durante el proceso de curado, se crea y emite una baja cantidad de CO2. Es fácil de manipular y apenas ensucia las máquinas de encolado y prensado. Las desventajas de los adhesivos de PU son las emisiones de isocianato y la mayor presión necesaria para la fijación.El PUR es un adhesivo libre de formaldehídos.Es bastante caro.
  • Los adhesivos de polímero de emulsión de isocianato (EPI) están hechos de adhesivos de dispersión y curados con isocianato. La línea de cola es de curado en frío, tiene alta flexibilidad, baja fluencia, no contiene formaldehído, no introduce un exceso de humedad en la madera y ofrece una excelente resistencia al agua, tanto en agua fría como en agua hirviendo. Los adhesivos EPI proporcionan una muy buena adherencia y por ello son muy adecuados para el encolado de maderas difíciles como la madera dura, que es un recurso con un gran potencial. Los adhesivos de EPI también se pueden utilizar para pegar madera a metal. Los adhesivos EPI se utilizan más comúnmente fuera de Europa en la producción de finger-joint de pequeñas dimensiones, madera laminada encolada y troncos laminados. Más caro que los basados en formaldehídos.

 

2. Los adhesivos y el fuego:

Los requisitos para la fabricación de la madera contralaminada (CLT) y la madera laminada encolada (MLE) son considerablemente diferentes entre países y, en consecuencia, influyen en su comportamiento frente al fuego. Se ha comprobado que la principal diferencia en los requisitos que influyen en la seguridad contra incendios son las diversas especificaciones de los adhesivos, mientras que otros factores no están suficientemente cuantificados o no varían mucho entre jurisdicciones. En los EE. UU. y Canadá, los adhesivos para la MLE deben pasar la prueba de calificación a una temperatura de 220 °C y una prueba de llama a pequeña escala. En el caso del CLT, esto se ha complementado en 2018 con el requisito de pasar una prueba de llama a pequeña escala y un exhaustivo método de prueba de compartimentos a gran escala para evitar que el carbón se desprenda (delaminación por calor) en caso de fuego. En Europa, Australia, Nueva Zelanda y Japón, los requisitos de adhesivo se elaboran teniendo en cuenta la delaminación inducida por el ciclo caliente-frío y húmedo-seco y, por lo tanto, no tienen en cuenta explícitamente los incendios, lo que aumenta el riesgo de un incendio prolongado dentro de un compartimento de madera (aunque en Australia y Nueva Zelanda es poco probable que esto suceda, ya que los requisitos estructurales sólo permiten adhesivos que no sean sensibles al calor).Se puede decir que, con respecto al comportamiento del adhesivo en el caso de incendio, Norteamérica es actualmente el país que presenta los requisitos más desarrollados y exigentes para la fabricación de CLT.

Algunos fabricantes tienen en cuenta el rendimiento del PUR de los CLT frente al fuego:

Las preocupaciones sobre la resistencia al fuego de los sistemas PUR son infundadas. Aquí, puede hacer fácilmente adaptaciones en los cálculos aumentando la tasa de carbonización. Sabemos que hay discusiones sobre estos aspectos, pero no los consideramos un gran problema“, dice Daniel Wilded, product manager de Martinsons.

Cuando el fuego llega a la junta adhesiva, las altas temperaturas pueden destruirla. Existe la posibilidad de que la capa de madera carbonizada aislante, que se forma en el proceso, se desprenda, aumentando así la carbonización. Este es un fenómeno relativamente raro que se puede tener en cuenta calculando una tasa de carbonización más alta“, explica Christian Lehringer, director de Engineered Wood Europe de Henkel, y añade: “Estudios científicos realizados por la ETH Zurich han demostrado que, en caso de incendio, las dimensiones de la madera contralaminada no son esenciales para las situaciones habituales, independientemente del sistema de adhesión certificado utilizado“.

 

 

3. Evaluación del ciclo de vida de los adhesivos utilizados en las construcciones de madera

Estudios recientes muestran que el adhesivo para madera es un punto caliente del ciclo de vida de los productos de madera de ingeniería. Se han encontrado contribuciones significativas a las siguientes categorías de impacto: calentamiento global, formación de oxidantes fotoquímicos, acidificación, eutrofización, toxicidad. Para todos los adhesivos, la producción de materia prima constituyó el mayor impacto en el resultado final de la producción debido a su alto consumo de materia prima fósil y al uso de energía.

Para la producción de CLT, el adhesivo de PUR de un componente tiene el menor impacto ambiental en comparación con otros adhesivos para las otras etapas del Análisis del Ciclo de Vida (aplicación, fase de uso y eliminación final), excepto para la eliminación final, en la que se observó un impacto similar al adhesivo MUF. El bajo impacto del PUR se debe, principalmente, a una baja cantidad de adhesivo y a que no se requiere ningún endurecedor adicional.

Para todos los adhesivos, la fase de uso tiene un mayor impacto en la toxicidad humana que la producción. En el caso de la MUF, la aplicación también tiene un mayor impacto que la producción (debido principalmente a la emisión de formaldehído).

El impacto de la eliminación final de los adhesivos fue menor en comparación con la producción de los mismos.

Desde que en los últimos años se inició la tendencia a la construcción de edificios modernos herméticos, ha aumentado el problema de las emisiones de formaldehído de los productos de madera en el ambiente interior.

En general, se considera que las emisiones de los productos de madera de ingeniería utilizados en la construcción, como el CLT, son muy inferiores a las de los productos compuestos de madera, como los tableros de partículas. Por lo tanto, para los productos de madera utilizados en la construcción, se espera que las emisiones sean mayores durante el proceso de fabricación que en la fase de uso.

A continuación, se describen el impacto en la salud y el valor umbral de los formaldehídos y los isocianatos emitidos por los adhesivos:

1. El formaldehído es un COV (Compuesto Orgánico Volátil), que se sospecha que causa irritación en los ojos, la nariz y la garganta. Se caracteriza por ser un carcinógeno humano causante de cáncer de nariz y garganta (según la IARC, Agencia Internacional de investigación sobre el Cáncer). La principal área de preocupación medioambiental con respecto a los adhesivos ha sido la emisión de formaldehído procedente de los productos encolados durante la producción y el uso, principalmente los que utilizan adhesivos UF (Urea Formaldehído). Los productos encolados con adhesivos a base de UF, como la madera contrachapada, el MDF y los tableros de partículas, se utilizan a menudo, por ejemplo, en carpintería de cocina y muebles, por lo que pueden provocar un aumento del nivel de formaldehído en el aire interior.

Los organismos reguladores y los consumidores han tomado mayor conciencia de los peligros del formaldehído y se han establecido niveles de emisión en todo el mundo con niveles que se considera que disminuyen de forma aceptable con el paso de los años. La más estricta hasta la fecha (2016) es la tasa de emisión japonesa (F****) de 0,04 ppm, que se está acercando al nivel de fondo del formaldehído. Según la OMS (Organización mundial de la Salud) y el Estándar Europeo E1, el nivel tiene que ser inferior a 0,10 ppm.

La concentración máxima en el lugar de trabajo (MAK) ha sido definida para tener un límite de umbral de 0,37mg/m3. La cantidad de emisiones de formaldehído emitidas por los adhesivos para madera (MUF, PF y PRF) depende del tipo de adhesivo. En el caso de MUF, se observaron emisiones más altas que en el caso de los adhesivos PRF y PF.

El debate sobre los formaldehídos se intensificó de nuevo a raíz de la última normativa europea CLP (clasificación, etiquetado y envasado), que entró en vigor en 2016 y que clasifica el formaldehído como un compuesto carcinógeno de categoría 1B.

No obstante, los fabricantes de tableros están utilizando adhesivos con muy baja emisión e incluso por el uso de otro tipo de adhesivos. La emisión de formaldehído se determina entre otros mediante el análisis de arrastre de gas en cámaras climáticas de acuerdo con la norma EN 717-2. La normativa de clasificación de tableros los clasifica como E1 (inferior a 3,5 mg/m2h) o E2 (superior a 3,5 mg/m2h e inferior a 8 mg/m2h) en función de los miligramos de formaldehído emitido por hora y por metro cuadrado de tablero. Actualmente el uso de tableros con baja emisión o E1 está generalizado, e incluso la tendencia es a minimizar aún más estos valores.

Las emisiones de formaldehído de los principales fabricantes de CLT según EN 717-1 o ISO 16000-3 están entre 0,01 y 0,04 ppm. Las emisiones de formaldehído son, por tanto, significativamente inferiores al límite de 0,1 ppm del Estándar Europeo E1.

La madera maciza emite, de forma natural, formaldehído. La madera de abeto, la habitual en el CLT, emite 0,0055 ppm, según EN 717-1, lo cual es inofensivo.

 

2. Los isocianatos son una familia de productos químicos altamente reactivos con bajo peso molecular. Los compuestos más utilizados son los diisocianatos, como el MDI (diisocianato de metileno difenil), el más empleado, y el HDI, que también se utilizan en los adhesivos PUR. El contacto directo con altas emisiones de isocianato puede causar irritación de las vías respiratorias y de los ojos. El contacto directo con la piel puede causar una inflamación marcada, y hay evidencia de que tanto la piel como la exposición respiratoria pueden llevar a la sensibilización de los trabajadores.

El peligro de exposición está directamente relacionado con la volatilidad y el peso molecular de los isocianatos. Los diisocianatos tienen un mayor peso molecular que otros isocianatos, y su volatilidad, presión de vapor y toxicidad es por lo tanto mucho menor que la de otros isocianatos. Se sospecha que el grupo NCO altamente reactivo de la molécula del isocianato tiene un impacto en la salud humana. Para determinar la calidad del aire se mide la concentración total del grupo NCO. La concentración máxima definida en el lugar de trabajo (MAK) del grupo NCO es de 0,02mg/m3.

Está bien documentado que los adhesivos a base de isocianato liberan monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y gases de cianuro de hidrógeno durante la exposición al fuego.

Isocianatos y CLT:

Los paneles CTL suelen ser muy gruesos y no es posible curar su adhesivo de forma económica en una prensa caliente. Por lo tanto, deben fabricarse con adhesivos para madera de fraguado en frío.

Muchos fabricantes de CLT usan los adhesivos PUR de un componente, representando menos del 1 % del peso de producto final, y usan los compuestos de isocianatos menos tóxicos, el MDI y el pMDI (polímero de MDI).

Porcentaje de adhesivos con respecto al peso de producto final de los CLT de los principales fabricantes, según sus declaraciones ambientales de producto (EPD):

  • El CLT EGO de Egoin: 0,63 % de cola PUR.
  • El CLT de Binder Holz: 0,985 % de cola PUR y un 0,03 % de MUF.
  • El CLT de Stora Enso: 1 % de cola PUR y EPI.
  • El CLT de KLH: 0,6 % de cola PUR, un 1,5 % de MUF y un 0,1 % de.

 

4. Los adhesivos de base biológica

El primer objetivo de la investigación fue encontrar un reemplazo seguro para los adhesivos a base de formaldehído. Actualmente, los isocianatos se están usando como reemplazo, pero presentan riesgos similares para la salud.

Los cambios en la legislación sobre el formaldehído y las certificaciones voluntarios y el interés de los consumidores por los productos sanos y sostenibles son actualmente los factores que impulsan la investigación sobre los adhesivos de base de biológica. Sin embargo, sufren de varios problemas diferentes que dificultan su uso industrialmente. Estos adhesivos son:

  • Taninos:

Proporciona una buena adherencia y mayor tolerancia a la humedad. Como el tanino es altamente reactivo con una vida útil corta, se están desarrollando nuevos reticulantes para ser menos reactivos que el formaldehído. Incluso si se desarrollan métodos de extracción, las tasas de extracción de taninos no son económicamente rentables para la mayoría de las especies de madera porque los taninos no están disponibles en todo el mundo para uso industrial. Además, los taninos tienen una alta viscosidad, un color oscuro y una composición variable que depende de la especie, las condiciones de crecimiento y el momento de la cosecha. Las modificaciones de los taninos se centran en disminuir la viscosidad para facilitar el manejo, aumentar la vida útil de la mezcla y crear un mejor entrecruzamiento (cross-linking). En regiones donde el tanino está fácilmente disponible, el tanino proporciona una alternativa industrialmente viable para los adhesivos sintéticos para composites de madera.

El tanino ha sido utilizado como adhesivo en la producción de tableros de partículas y MDF, así como en la producción de laminados y de unión de finger-joints.

Pruebas de resistencia con adhesivos de taninos

  • Lignina:

El principal problema es su extremadamente baja reactividad, lo que conlleva largos tiempos de prensado (y mayores presiones) y, por tanto, mayores costes de producción en la fabricación de EWP. Su éxito industrial ha sido por lo tanto pequeño, aunque la lignina ha sido probablemente la materia prima más investigada para aplicaciones de adhesivos para madera. La mayor parte de la investigación se ha realizado sobre la lignina industrial procedente de los procesos de fabricación de pasta en procesos de despulpado. Los mejores resultados se han logrado reemplazando, hasta un 30 %, el fenol en las resinas PF. Se ha intentado aumentar el porcentaje de lignina industrial en la resina final a través de diferentes modificaciones. Se tiene noticia del uso de una combinación de tanino/lignina para reemplazar el fenol y de diferentes reticulantes para reemplazar el formaldehído. La lignina de los procesos de biorrefinería ha sido menos investigada. Estos tipos de lignina son típicamente más cercanos a su forma natural que los de los procesos de despulpado. Hay muchas modificaciones inexploradas y formas de usarlas como adhesivos. Sin embargo, los métodos actuales no son lo suficientemente fuertes para aumentar la reactividad de la lignina al nivel que necesita para funcionar como un adhesivo para madera.

  • Almidón:

Los adhesivos a base de almidón proporcionan muchas ventajas para las industrias de madera maciza y madera contrachapada, ya que son fáciles de manejar, son de bajo costo y tienen bajas emisiones de formaldehído. Sin embargo, la falta de reactividad, la resistencia de adhesión, la estabilidad de almacenamiento y la tolerancia al agua de los adhesivos a base de almidón los convierten en un reto cuando se consideran las aplicaciones de los paneles industriales.

  • Soja:

Los adhesivos de proteína de soja, por otro lado, tienen un futuro prometedor. El desarrollo de nuevos reticulantes y agentes de curado ha permitido que las proteínas de soja estén disponibles comercialmente en el mercado norteamericano. Unos ejemplos son:  SoyStrong y PureBond. Aunque hasta ahora sólo se utilizan paneles “verdes” premium de mayor coste, existe un mayor potencial debido al precio relativamente bajo y a la amplia disponibilidad de la proteína de soja como subproducto. Son respetuosos con el medio ambiente, relativamente fáciles de manejar, y tienen bajas temperaturas de prensado que permiten reducir los costos de producción. Sin embargo, el uso de adhesivos de soja ha estado limitado durante mucho tiempo por su baja resistencia al agua, su sensibilidad a la degradación biológica y una relativamente baja resistencia mecánica de los composites de madera que se fabrican empleando dichos adhesivos.

No obstante, Yahya Mousavi ha desarrollado un adhesivo para madera de fraguado en frío sin formaldehído e isocianato utilizando proteína de soja. Los paneles unidos con este novedoso adhesivo pasaron la prueba de ebullición de dos ciclos, que es el requisito industrial para la producción de paneles de madera para exteriores.

Conclusiones:

Los bio-adhesivos también son más respetuosos con el medio ambiente que los que contienen formaldehído. Un análisis de la cuna a la tumba realizado por un equipo de Scion, que consideró los insumos directos e indirectos y la eliminación final, encontró que incluso con sólo un 10% de contenido de adhesivo, el MDF fabricado en Nueva Zelanda con el  bio-adhesivo Ligate tuvo un impacto ambiental un 22% menor a lo largo de su ciclo de vida, en comparación con el MDF fabricado con adhesivo petroquímico. La diferencia se debió en gran medida a que el bio-adhesivo utiliza menos petróleo crudo y tiene menos emisiones de transporte asociadas con su producción, y está asociado con menos impactos en la salud humana.

Los adhesivos de base biológica que están disponibles y son asequibles para la industria de la madera sufren tres problemas principales: baja resistencia a la humedad, baja reactividad (a excepción del tanino con su alta reactividad) y bajas propiedades adhesivas, y en muchos casos son caros.

Para los adhesivos como la lignina, el almidón y la soja, parece existir un problema común hallado en toda la investigación realizada hasta ahora: la falta de reticulantes de base biológica y económicamente viables para estos adhesivos que aumenten la reactividad, las propiedades mecánicas y la estabilidad a la humedad. Entre los reticulantes sintéticos potenciales, los isocianatos parecen ser los más populares para aplicaciones basadas en la biotecnología cercanas a la comercialización, pero deben descartarse. Por lo tanto, parece que, para encontrar soluciones industrialmente viables basadas en la biotecnología, la investigación sobre adhesivos debe centrarse más en el desarrollo de nuevos reticulantes reactivos.

La resistencia al agua es un área que es particularmente desafiante; el carácter hidrófilo general inherente a la mayoría de los biopolímeros tiene que ser alterado de tal manera que la unión adhesiva final sea capaz de resistir tanto la humedad como el agua de manera suficiente.

Ya existen sistemas adhesivos híbridos (por ejemplo, colas de proteína-PF de la empresa Dynea), compuestos en parte de polímeros de base biológica, que sugieren que la transición a sistemas adhesivos más ecológicos se producirá gradualmente. La transición de la industria a adhesivos para madera totalmente ecológicos, probablemente se prolongará durante bastante tiempo. Tal vez durante 10 años.

Sin embargo, la investigación sobre adhesivos sostenibles se está expandiendo definitivamente y, a medida que surjan nuevas mejoras, su uso industrial aumentará.

 

5. Pero la madera, de manera natural, emite formaldehídos …

La madera natural contiene formaldehído detectable. Los niveles de emisión de formaldehído dependen de factores como la especie de madera, el contenido de humedad, la temperatura exterior y el tiempo de almacenamiento. Las investigaciones muestran que el formaldehído de la madera seca variaba hasta 4 veces entre las especies de coníferas y maderas duras comerciales, pero se mantenía en bajas concentraciones por debajo de 1 mg/100 g. Generalmente, las maderas blandas tienen un contenido más alto de formaldehído que las maderas duras. Mientras que las diferentes calidades de madera no parecen tener ningún efecto sobre el contenido de formaldehído, las diferencias entre la madera juvenil y la adulta se manifestaron de forma mucho más clara. El contenido más bajo de formaldehído se encontró en la madera juvenil de haya (menos de 0,15 mg/100 g) y el más alto en la madera madura de pino (alrededor de 0,70 mg/100 g). La emisión de formaldehído de la madera aumenta durante su transformación como madera aserrada y como paneles de madera (por ejemplo, tableros de partículas y tableros de fibra). Este aumento de emisiones puede atribuirse al procedimiento de procesamiento de la madera, que incluye el secado, el prensado y la termo hidrólisis (ruptura de la lignina y la celulosa con tratamiento de calor y presión). El formaldehído se emite a partir de la madera en condiciones de calor muy intenso y no se espera que sea una fuente significativa de las emisiones de los productos de madera compuesta durante el servicio normal. Los datos presentados son importantes porque los consumidores necesitan entender que las emisiones de formaldehído se producen a través de procesos de degradación natural. Por lo tanto, los productos de madera de “emisión cero” simplemente no son alcanzables con las técnicas de procesamiento actuales.

Se ha demostrado que la emisión de formaldehído de la madera maciza es transitoria, y disminuye rápidamente a niveles inferiores a los establecidos por las normas EN 717-1 (Tableros derivados de la madera. Determinación de la emisión de formaldehído. Parte 1: Emisión de formaldehído por el método de la cámara) y EN 717-2 (Tableros derivados de la madera. Determinación de la emisión de formaldehído. Parte 2: emisión de formaldehído por el método de análisis de gas).

 

6. Wood2new – Calidad del aire interior

En el marco de del proyecto Wood2new, “Competitive wood-based interior materials and systems for modern wood construction”, ya finalizado, Holzforschung Austria recopiló datos sobre el aire interior y parámetros específicos relacionados con la salud en 13 casas prefabricadas de madera recién construidas (6 construcciones de madera maciza, 6 de entramado ligero de madera y una de hormigón, representando ésta una referencia no maderera) y ocupadas a largo plazo.  Se consideraron varios tipos de construcción y ventilación (9 con ventilación mecánica).  Los parámetros observados del aire interior incluían la emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV) y formaldehído, microorganismos transportados por el aire como levaduras y moho, partículas y datos climáticos.  Los datos médicos incluían la presión arterial y el pulso, la función pulmonar y la frecuencia de parpadeo de los ojos.  Las mediciones experimentales se completaron con una encuesta médica centrada en parámetros como la calidad del sueño, las reacciones dermatológicas, la percepción del dolor, la presión mental, la calidad de vida y el bienestar general.

La toma de muestras se realizaba siempre en los dormitorios de las casas. La primera toma de muestras tuvo lugar en la construcción de los edificios y sirvió como medida de referencia para las emisiones de los productos de la construcción.   Los muestreos subsiguientes se llevaron a cabo alrededor del momento de la mudanza y a partir de entonces a intervalos regulares (mensuales).

Todos los datos se evaluaron con respecto a la calidad del aire en interiores. La evaluación cuantitativa de las concentraciones de COV detectadas se basó en la directriz austriaca para la evaluación de la calidad del aire interior (BMLFUW 2005).

Conclusiones:

Las emisiones de COV en casas de madera recién construidas y ocupadas fueron inicialmente elevadas, independientemente del tipo de construcción y ventilación. Sin embargo, después de un período de 6 a 8 meses, las emisiones disminuyeron en su mayoría hasta un nivel medio o ligeramente elevado.  Comparando el desarrollo de TVOC de los tipos de construcción investigados, no se pudieron encontrar diferencias significativas entre la madera maciza y el entramado de madera, a pesar de que las construcciones de madera maciza resultaron en una liberación claramente mayor de terpenos.  Las emisiones de formaldehído de las construcciones de madera estuvieron consistentemente en el rango de las de la construcción de hormigón.

El uso de sistemas de ventilación controlada resultó en menores concentraciones de COV y, por lo tanto, en una mayor calidad del aire interior en comparación con la ventilación por ventanas únicamente.

La evaluación cualitativa de las emisiones de COV observadas mostró que el impacto de los productos de construcción, los suelos y los muebles es significativo al principio del período de observación. En una fase posterior, las emisiones detectadas podrían estar relacionadas principalmente con el comportamiento de los ocupantes.

Desde un punto de vista toxicológico, la mayor parte de las casas investigadas eran discretas y la calidad del aire interior se consideraba alta o satisfactoria.

Como resultado de la evaluación médica, se puede enfatizar la muy positiva autoevaluación de los participantes del estudio relacionada con la salud y el bienestar. Las personas que participaron en la prueba estaban muy satisfechas con su salud y calidad de vida a lo largo de todo el proceso. Esta percepción fue confirmada por los exámenes médicos complementarios de carácter orientador, que no dan ninguna indicación de deficiencias físicas en el campo del sistema respiratorio y cardiovascular.

 

 

Bibliografía:

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Enlaces a artículos:

Ensayo de emisión de formaldehído en tableros derivados de la madera

Formaldehyde-Emitting Wood Bonding Adhesives: Separating Fact from Fiction.

How to not come unglued: A wood adhesive story.

New glue: A New Zealand solution to a sticky problem.

Paradigm shift in the use of adhesives. A Scandinavian CLT producer chooses a central European adhesive.

 

La madera es un material de construcción natural: si se utiliza en los elementos de construcción, puede desempeñar funciones estructurales, funcionales y estéticas al mismo tiempo. El uso de la madera en la edificación, que se remonta a los tiempos más remotos, está experimentando ahora un período de fuerte expansión en virtud de la dimensión sostenible de los edificios de madera desde el punto de vista medioambiental, económico y social. Sin embargo, su uso como material de ingeniería requiere un desarrollo constante de la investigación teórica y experimental para responder adecuadamente a los problemas que ello implica. En los capítulos individuales escritos por expertos en diferentes campos, el libro pretende contribuir al conocimiento de la aplicación de la madera en la construcción.

Índice de capítulos:

  1. Grading of Low-Quality Wood for Use in Structural Elements.
  2. Wood Thermal Properties.
  3. A Finite Element Method Model for Large Strains Analysis of Timber.
  4. Flame-Retardant Systems Based on Alkoxysilanes for Wood Protection
  5. Wood-Boring Insect Control in Constructions by High Temperature and Microwaves.
  6. Exterior Wood Coatings.
  7. Wooden Reinforcement for Earth Constructions in the Castile Area of Spain.
  8. Wood-Reinforced Polymer Composites.
  9. Ductile Behavior of Timber Structures under Strong Dynamic Loads.
  10. Traditional Wooden Buildings in China.
  11. Experimental Analyses and Numerical Models of CLT Shear Walls under Cyclic Loading.

 

Referencia bibliográfica del libro:

Concu, Giovanna, editora, Wood in Civil Engineering, IntechOpen, 2017, 250 pp, ISBN: 978-953-51-2985-1.

 

En:

https://www.intechopen.com/books/wood-in-civil-engineering

La World Conference on Timber Engineering (WCTE) es un foro internacional para presentar y discutir los últimos desarrollos e innovaciones técnicas y arquitectónicas en construcción en madera, ingeniería en madera, productos de ingeniería en madera, diseño de estructuras de madera y temas relacionados.

En su reunión de 2018 en Seúl, Corea del Sur, se han perfilado unas líneas de investigación que servirán de marco para las futuras innovaciones en la construcción en madera.

Agrupados en temas, se listan los papers, unas cuantas serán esas líneas de investigación, más interesantes (con sus enlaces de descarga en formato .pdf).

 

Materiales

Sobre propiedades estructurales, clasificación y control de calidad de los materiales de madera.

Los papers más interesantes son:

Fabrication of beam-beam connections using compressed wood fasteners.

Conexiones:

Sobre el análisis estructural, modelado y diseño de conexiones, comportamiento a largo plazo, fatiga y efectos de la humedad en las conexiones.

Los papers más interesantes son:

  • Assessment of Connections in Cross-Laminated Timber Buildings Regarding Structural Robustness. El objetivo es llevar a cabo una evaluación inicial de los conectores después de la eliminación de una pared en una plataforma de construcción de madera contralaminada. Los resultados indican que los conectores de pared a pared y de piso a piso pueden fallar a niveles bajos de deflexión, lo que conduce a altas cargas de cizallamiento en el panel del piso sobre la pared removida, lo que puede provocar grietas.
  • High-Performance Connection System for Mid-Rise CLT Buildings in High Seismic Area. En este trabajo se examina la viabilidad del edificio CLT de 5 pisos con el sistema de conexión de alto rendimiento a través de pruebas y análisis estáticos.
  • Experimental Research on Hardwood Connections Loaded Perpendicular to the Grain. Conocer la capacidad de división de las vigas cargadas perpendicularmente a la fibra por medio de uniones tipo pasador es de primordial importancia en las estructuras de madera. La ecuación analítica a este respecto incluida en el Eurocódigo 5 europeo sólo depende de parámetros geométricos. Además, la expresión sólo es válida para las maderas blandas, por lo que su aplicabilidad a las maderas duras requiere una investigación particular.
  • Mechanical Characterization of Timber Structural Elements Using Integral Mechanical Attachments. Se centra en la caracterización mecánica de un elemento estructural prefabricado fabricado íntegramente con paneles de tablero de fibras orientadas (OSB) producidos por una línea totalmente robotizada. Para evitar el proceso de adhesión por razones de coste, ecológicas y de tiempo, se ha optado por el uso de OSB para la conexión de cada elemento prefabricado.

Imagen de Cedric Moutschen – MOBIC SA

 

 

Desempeño estructural:

Una amplia gama de sistemas estructurales, tales como marcos de madera pesados, marcos ligeros, arriostramientos, estructuras CLT y varios sistemas compuestos (madera-hormigón, madera-acero, madera-vidrio, etc.), desempeño a largo plazo, diseño sísmico y desarrollo de códigos para los sistemas estructurales.

Los papers más interesantes son:

  • Cross-Laminated Timber Rocking Wall with Replaceable Fuses: Validation through Full-Scale Shake Table Testing. El objetivo es probar un concepto para un nuevo sistema lateral sísmico de alto rendimiento que sea fácil de modularizar e instalar, y que pueda ser reparado rápidamente después de grandes terremotos. Los resultados de las pruebas muestran que el sistema estructural estaba libre de daños bajo los movimientos del terreno a nivel de servicio, y que experimentó daños reparables en los puntos de conexión designados para terremotos de base de diseño y terremotos de máxima consideración. En general, el sistema fue capaz de limitar la deriva residual a un nivel aceptable y proporcionar una alta capacidad de desplazamiento de carga para el sistema de construcción.

  • Experimental Seismic Response of a Full-Scale Japanese Conventional Wooden Post and Beam Building. Una casa de madera convencional japonesa de dos pisos construida con un sistema de postes y vigas fue probada en una mesa de vibración triaxial. El edificio se desempeñó de manera excelente con poco daño, incluso después de los cinco terremotos más importantes registrados en Japón.
  • Structural Robustness of Timber Buildings. Este estudio tiene como objetivo revisar los métodos de diseño para la robustez de las construcciones de madera. En primer lugar, se introducen la terminología y las definiciones. A continuación, se presenta el estado del arte de los métodos de diseño para la robustez en general. Finalmente, se discuten y comparan los métodos de diseño de las construcciones de madera con los de otros materiales de construcción. Los resultados indican que las directrices para los edificios de entramado ligero de madera son más refinadas que las de las construcciones de postes y vigas y las de madera contralaminada. En cuanto a la robustez, los dos últimos tipos de construcción presentan ciertas similitudes con los marcos de acero y los edificios prefabricados de hormigón, respectivamente.
  • Design of Timber Frame Assemblies Under Standard Fire Conditions – a Proposal for the Next Revision of en 1995-1-2. En la actualidad, el Eurocódigo 5 Parte 1-2 proporciona un modelo para el diseño del fuego de la función portante de los conjuntos de marcos de madera con cavidades que están rellenas con aislamientos de lana de roca. Este modelo está limitado a 60 minutos de resistencia al fuego. Recientemente se ha propuesto un enfoque de diseño mejorado. Este enfoque tiene el potencial de considerar la contribución, en términos de capacidad de carga de los miembros de madera en condiciones de fuego, proporcionada por cualquier producto de aislamiento de cavidades.

 

Desempeño y gestión de edificios:

Sobre la calidad del aire interior (IAQ), acústica (aislamiento acústico) y resistencia al fuego de los componentes y sistemas del edificio, tecnología de operación y mantenimiento del edificio.

Los papers más interesantes son:

  • Wood as a Climate Buffer in a Discount Grocery Store. Se usa la madera que, con su masa higrotérmica que absorbe y libera humedad, puede amortiguar la humedad interior y, por ende, regular el clima interior de un edificio.
  • Maintenance Systems and Costs for Wooden Facades. El objetivo es evaluar algunas soluciones de envolventes con respecto a los costes y beneficios del mantenimiento que proporcionan en la fase de diseño, con el fin de definir una serie de posibles soluciones y sus costes relacionados.
  • Fire Safety of Façades in Medium and High-Rise Wood Building: the French Experience. Presenta los conocimientos adquiridos en Francia a través de un amplio proyecto de investigación nacional aún en curso, durante el cual se realizaron ensayos de incendio de fachadas de madera con diferentes materiales de revestimiento, tratamientos superficiales, barreras de cavidad, materiales aislantes y estructuras. El papel se centra en sistemas de revestimiento con diferentes clases de reacción al fuego colocados en estructuras de madera con huecos de aire detrás de los revestimientos exteriores. Por último, el presente documento describe las directrices aprobadas recientemente por las autoridades públicas francesas en febrero de 2017 y ofrece perspectivas para el desarrollo de modelos numéricos capaces de captar el comportamiento de la propagación del fuego en una fachada combustible.

Cavity barrier with overhang fixed at each level of the façade

  • Developing an Event Tree for Probabilistic Moisture Risk Analysis of Urban Tall Timber Buildings. Los edificios altos están particularmente expuestos a las altas presiones del viento combinadas con la lluvia torrencial, se construyen en más tiempo y su mantenimiento de su envolvente es más problemático.
  • Adequate Impact Sound Protection in Light Construction and Solid Floors – Sequence of Layers. Materials Selection and Dimensioning. Basándose en los códigos europeos OENORM y DIN sobre requisitos de ruido de impacto con valores entre 50 dB y 46 dB en edificios residenciales de varias plantas, se enumeran las construcciones de suelo que pueden cumplir estos requisitos. La comparación entre la construcción ligera y los suelos macizos pesados revela que se requieren diferentes dimensiones y materiales en cada una de las capas. Cuando se construye como una estructura de piso flotante, es más fácil lograr valores adecuados de protección acústica con pisos pesados, debido a su gran masa y rigidez a la flexión. En este caso, el ajuste acústico puede realizarse fácilmente. En suelos de construcción ligeros, la masa de área relativamente pequeña y la rigidez a la flexión en el suelo en bruto constituye una desventaja en términos de absorción del ruido de impacto.
  • Assessing the Adhesive Performance in CLT Exposed to Fire. El adhesivo utilizado en las líneas de unión de CLT juega un papel importante en el diseño del fuego. Sin embargo, en la actualidad, las normas europeas no proporcionan un método de ensayo para evaluar el comportamiento del adhesivo en el CLT expuesto al fuego. En este trabajo se presentan una serie de ensayos de incendio realizados con paneles CLT encolados con diferentes adhesivos.

 

Edificios altos de madera:

Sobre los edificios altos de madera, diseño estructural, desarrollo de códigos, sistemas estructurales innovadores para edificios altos y de varios pisos de madera, diseño y construcción integrados para edificios altos de madera.

Los papers más interesantes son:

The Oak Tower

  • Prefabricated Timber-Framed Façade Elements on High-Rise Residential Buildings – Possible or Not?. En esta publicación se discutirá si los elementos prefabricados de madera para fachadas se pueden utilizar también en edificios de gran altura y de qué manera. Se desarrolló un escenario de prueba para evaluar el comportamiento del material combustible madera dentro del sistema de fachada y para permitir su uso seguro en un edificio de gran altura.
  • Recent Developments in Global Cross-Laminated Timber (CLT) Market. El objetivo de este proyecto era ayudar al desarrollo de la industria de CLT proporcionando información sobre la estructura del sector global, el potencial de producción, el perfil de producción, la diversidad interna, la competitividad, los enfoques de la capacidad de innovación y los obstáculos que se perciben para una mayor expansión. Los datos recogidos de las encuestas de los fabricantes de CLT se complementan con información obtenida de otras fuentes, incluyendo visitas a las instalaciones y entrevistas. La principal conclusión es que la industria manufacturera de CLT es muy diversa y única en el sector forestal orientado a los productos básicos, ya que la mayor parte de su producción está hecha a medida para proyectos específicos. La mayor parte del CLT se produce para viviendas multifamiliares de tamaño pequeño a mediano, estructuras públicas e industriales. Existe un alto nivel de colaboración a lo largo de la cadena de suministro de CLT, incluida la integración vertical. Casi un tercio de los encuestados están involucrados en la construcción de edificios.

 

Impacto ambiental y energía:

Sobre un entorno residencial sostenible y respetuoso con el medio ambiente en edificios de madera, evaluación del ciclo de vida, eficiencia energética, tecnologías de viviendas de energía pasiva y de energía neta cero.

Los papers más interesantes son:

  • Circular Engineering – The Future Generation in Timber. El Equipo de Madera de Berlín de la empresa de ingeniería Arup comenzó a trabajar en la creación de herramientas de diseño de ingeniería circular. Arup pretende crear una caja de herramientas en el Modelado de Información de Edificios (BIM) para poder diseñar un edificio de madera utilizando sistemas o elementos probados. Mientras que la idea de Circular Building es localizar a partir de una base de datos y utilizar material de construcción de otros proyectos para construir nuevas estructuras, la Ingeniería Circular va un paso más allá, alimentando la base de datos con material virtual para permitir el diseño y la construcción digital. Estos nuevos edificios de ingeniería circular permitirían reutilizar todos sus elementos constructivos al final de su vida útil.
  • Thermal Activation of Solid Timber Elements for Indoor Climate Control. El objetivo final es el desarrollo de un panel de pared CLT que incluya aplicaciones de calefacción y refrigeración en interiores.

CLT element with air ducts in the production line before gluing.

 

Estructuras tradicionales e históricas:

Sobre la rehabilitación, reciclaje y rehabilitación de edificios y estructuras históricas, monitoreo del comportamiento estructural y propiedades culturales de los edificios de madera tradicionales.

Los papers más interesantes son:

Finnish vernacular architecture – Imagen de Soma Sato

 

Educación y Tendencias Futuras:

Sobre la enseñanza y políticas para la ingeniería de la madera, resurgimiento de la madera como principal material de construcción en la construcción contemporánea, herramientas de diseño y formación, estrategias de la industria para aumentar y mejorar el uso de la madera en las construcciones modernas.

Los papers más interesantes son:

The TRE3 Research Project

Grishell de eucalipto en el Campus Terra de la Universidad de Santiago de Compostel

THE CASE FOR INTELLIGENT TIMBER CONSTRUCTION SOLUTIONS

USE OF PARAMETRIC TOOLS TO DESIGN AND BUILD COMPLEX WOOD STRUCTURES

Una breve recopilación de las estructuras híbridas de madera y otros materiales.

Por qué no, así se aúnan lo mejor de sus componentes. Aun así, no es necesario que la mezcla sea la mejor, porque, intencionadamente, se busca algo específico de uno y de otro.
La construcción con madera también ha aumentado en altura en los últimos años. A medida que aumenta la altura, también lo hacen los requisitos que se imponen a la estructura de soporte. Con respecto a la transferencia de carga vertical, este aumento es lineal. La derivación de los efectos horizontales, es decir, sobre todo el viento y los terremotos, se sabe que ejercen una tensión exponencial sobre la estructura portante con el aumento de la altura y, por lo tanto, requiere una consideración especial. Entonces, se impone la consideración de las estructuras híbridas como solución a los nuevos desafíos de ingeniería.
En las estructuras híbridas se busca integrar diferentes materiales para soportar cargas de diseño específicas. La conexión y los detalles de las juntas son cruciales para las estructuras híbridas.

Propiedades de los materiales cásicos

Se enumeran estos sistemas híbridos:

Postframe:
Conocido comúnmente como pole barns, la construcción de edificios postframe es un método de construcción simplificado que se desarrolló en la década de 1930 como una forma de ofrecer una solución rápida y asequible a las nuevas prácticas agrícolas corporativas, que requería edificios con más espacio para la maquinaria, más baratos y fáciles de construir.
Es un sistema de construcción que mezcla elementos del entramado ligero (el tejado, por sus cerchas industrializadas, etc.) con elementos de los edificios rurales tipo barn, los pilares.
El elemento clave son los pilares, más grandes y con mayor distancia que entre ellos, que pueden soportar mayores cargas que los montantes (studs) de los entramados ligeros. Los pilares pueden ser de madera maciza o de madera laminada encolada, y transfieren las cargas, mediante empotramiento, en zapatas o muros-zapata corridas de hormigón.
Y pueden ser revestidos con una variedad de cerramientos exteriores.
Más información aquí.

Componentes de un edificio de postframe

Vivienda unifamiliar con postframe – imagen de White Rock Truss LLC

Madera-vidrio:
El vidrio, como material estructural, está ganando un mercado cada vez mayor gracias a la mejora de sus características mecánicas, a su procesamiento más preciso y a una producción más económica. Aunque sabemos que el vidrio es un material quebradizo con una pequeña capacidad de carga, las posibilidades del vidrio moderno en la edificación son enormes. Hasta hace poco, sólo se utilizaba como un elemento de fachada, pero, gracias a los nuevos avances, el vidrio estructural es capaz de transferir cargas significativas. El vidrio de ahora presenta excelentes características de resistencia a compresión, pero es menos aplicable en los elementos afectados por fuerzas de tracción significativas. Como el vidrio es un material frágil, se intenta combinarlo con otros materiales para desarrollar sistemas compuestos con un mejor comportamiento en tensión.
Se están haciendo muchas investigaciones en el estudio de sistemas compuestos con vidrio en zonas sísmicas. Así, hay diferentes sistemas compuestos de madera y vidrio en el que cada material transfiera una carga. Se puede concluir que los paneles de vidrio, cuando se utilizan como elementos estructurales portadores de carga, pueden sustituir eficazmente a los elementos diagonales visibles y garantizar la estabilidad y la distribución eficaz de la tensión en el plano. Un aspecto crítico es la unión entre la madera y el vidrio estructural, donde se ha demostrado que es clave para obtener una alta capacidad de carga de los materiales compuestos. Un enfoque es la “inserción” del vidrio en marcos de madera donde se han obtenido excelentes resultados en cuanto a ductilidad y disipación de energía sísmica.
En las investigaciones se ha llegado a la conclusión de que los sistemas de soporte de carga estructural de madera y vidrio pueden utilizarse en diversas aplicaciones de construcción, dependiendo de los niveles de soporte o ductilidad requeridos, pero es necesario prestar atención a la unión mutua de los elementos del marco de madera donde se disipa la energía.
Un ejemplo de estas investigaciones es el proyecto Vetrolignum.

En cuanto al fuego, los elementos de madera-vidrio plantean una cuestión importante relacionada con el comportamiento estructural ante el mismo, ya que se sabe poco sobre los efectos de los cambios de temperatura en el rendimiento de los acristalamientos estructurales. Además, los elementos de vidrio absorben y transmiten una cantidad significativa de radiación solar, que pueden alcanzar una temperatura de 50-80°C en verano.

Los grandes cristales de vidrio se utilizan en un concepto de reciente desarrollo llamado edificios de madera-vidrio, en los que los grandes ventanales junto con la estructura principal de madera permiten lograr una alta eficiencia energética.

Imagen de KAGER

Imagen de Kager

Energy-efficient timber-glass es un interesante libro. También es interesante el artículo Simulation-Based Multiobjective Optimization of Timber-Glass Residential Buildings in Severe Cold Regions.

 

Híbridos de CLT:

Sistema de pilar y viga – CLT:

Es la combinación de paneles de madera contralaminada (CLT) en forjado, muros y tabiques y, como estructura portante, un sistema constructivo de pilar y viga (post and beam), o entramado pesado.
Cada vez más, los edificios modernos de madera se diseñan con productos de madera pesada de ingeniería en virtud de su mayor resistencia y flexibilidad de diseño. Productos como el CLT (Cross Laminated Timber) y la madera laminada encolada (MLE).
La madera laminada permite la flexibilidad de diferentes formas, mientras que el CLT ofrece un sistema estático (propiedades mecánicas fuertes y estables en plano, menor variación de las propiedades mecánicas, dimensiones estables en plano con cambios en el nivel de humedad).
En general, la construcción en madera pesada de ingeniería ofrece a los arquitectos e ingenieros posibilidades de luces más largas y sin soportes, planos de espacio abierto más grandes y edificios más altos. Esto se traduce en espacios amplios, aireados y de aspecto más luminoso. Además, se pueden conseguir formas curvilíneas y fluidas y volúmenes en aumento que contradicen cualquier sensación de masividad. Es la ligereza de la madera pesada.

Imagen de RED Architectes

Adviértase que los paneles pueden ser, también, de NLT (Nail Laminated Timber), DLT (Dovetail Laminated Timber o Bretsttappel) o GLT (Glue Laminated Timber). Con estos paneles se pretende conseguir mayores luces.

Una alternativa para solventar el problema con las grandes luces sería el uso de las vigas-cajón de Kielsteg, con mayor capacidad portante.

Escuela en Bélgica – con paneles de techo Kielsteg con una luz libre de 9 m – Imagen de Buildinx CLT

HCLTP:

Hay un proyecto europeo de la red Wood Wisdom, Hybrid Cross Laminated Timber Plates (HCLTP), centrado en el desarrollo de nuevos tipos de paneles de CLT híbridos, es decir, paneles de CLT combinados con costillas de madera o un solado de hormigón.
Se citan las conclusiones del informe “Less is more – optimized ribber CLTs – the future”:
[…] El análisis numérico ha demostrado que mediante el uso de láminas de madera simples (y asequibles) como costillas en la capa más exterior de una placa de madera laminada cruzada, se puede ahorrar hasta un 50% de madera en comparación con el CLT convencional, manteniendo al mismo tiempo las ventajas del sistema masivo (rigidez en el plano, robustez, etc.). Mediante el uso de una prensa prototipo se demostró que los elementos pueden ser producidos con éxito en un solo paso (montaje, encolado, prensado), […] Las pruebas experimentales han demostrado un comportamiento favorable en la flexión fuera del plano de los nuevos elementos que presentan un comportamiento de daño progresivo con redistribución de cargas entre las costillas.”

HCLTP

CLT-LiFS:

En un estadio de investigación experimental, se está investigando el comportamiento de un sistema híbrido de muros de cizallamiento de madera compuesto de una combinación de muros de cizallamiento de madera de los entramados ligeros tradicionales y de paneles de madera contralaminada (CLT) postensados.
“Los paneles CLT postensados en el sistema híbrido ofrecen resistencia a la carga vertical y lateral y capacidad de autocentrado. Los sistemas tradicionales de entramado ligero (Light-Frame Wood Systems, LiFS) proporcionan una resistencia adicional a la carga lateral junto con una gran cantidad de disipación de energía a través de la fricción de las conexiones de los clavos. Por lo tanto, una combinación de estos dos tipos de estructuras, en las que se utilizan los muros a cortante de madera de los entramados ligeros tradicionales como tabiques estructurales, puede proporcionar una excelente solución estructural para edificios de madera de altura media a alta para apartamentos / condominios, donde existe la necesidad de resistir grandes cargas laterales y verticales, así como estabilidad estructural,” dicen los investigadores.
Los resultados, prometedores, se han publicado en este artículo científico.

CLT-LiFS

De manera diferente, un proyecto real es el edificio Virtuoso cuyo sistema constructivo es el habitual entramado ligero (Wood-frame construction) pero sus forjados son de CLT en vez de viguetas I-joist y contrachapados habituales.

Edificio Virtuoso

Acero – CLT:

Una combinación de columnas y vigas de acero soportan las cargas de transferencia de la estructura, mientras que los forjados y las paredes exteriores en CLT reducen, en gran medida, su peso (en forjados, los paneles de madera pesan, aproximadamente, un tercio de las losas de hormigón equivalentes).
Un ejemplo es el edificio The Cube, en Londres, de Architecs Hawkins/Brown. Según el arquitecto, permite una mayor gimnasia estructural, abriendo formas de construcción más complejas que van “fuera de la caja”.
No obstante, según dijo Tom Ravenscroft, editor de Dezeen:
“Pero la introducción del acero en la mezcla añade naturalmente carbono incorporado y diluye las credenciales de sostenibilidad de un proyecto CLT puro. Además, se señala que los beneficios de la estanqueidad de CLT se reducen drásticamente, a la vez que se añaden más materiales y gremios en el sitio, lo que repercute en los beneficios del programa.”

The Cube, Londres – Imagen de Engenuiti

Y otro enfoque, interesante en situaciones de sismo, es el sistema CLT-SMRF. Este sistema combina el comportamiento dúctil del marco de acero resistente a los momentos (Steel Moment Resisting Frame, SMRF) con paneles CLT, más ligeros y rígidos. Sería combinar una estructura portante de acero con paredes de CLT.

Aquí hay unos informes de ingeniería sobre investigaciones de estructuras CLT-acero.

CLT – hormigón:

Combina una capa inferior de madera contralaminada, dispuesta en la dirección del vano, que resiste las tensiones de flexión. Y una capa superior de hormigón armado con un mallazo, que resiste las tensiones de hormigón, pero también proporciona un rendimiento acústico y vibratorio, una seguridad adicional contra incendios y una superficie de desgaste sólida. La losa de hormigón añadida a menudo también puede proporcionar una rigidez lateral añadida a un edificio. Ambas capas están unidas estructuralmente por diversos tipos de conectores, para esfuerzos cortantes, siendo habituales unos tirafondos específicos (como los SFS Intec VB).

Es interesante el diseño de un proyecto de la Universidad de Massachusetts donde el conector es una malla de acero (HBV de TiComTec) que se ha encolado en la capa de madera y se extiende hasta la capa de hormigón, creando así un sistema compuesto.
Entre las dos capas, también se ha añadido una lámina de espuma aislante para mejorar el rendimiento acústico entre los suelos.

Imagen de la Universidad de Massachusetts

Imagen de la Universidad de Massachusetts

EL beneficio del sistema es que, al conectar estructuralmente las capas de hormigón y madera, haciendo el mejor uso de los atributos estructurales de cada material, estamos mejorando significativamente tanto la resistencia (cuánta más carga puede soportar el suelo) como la rigidez (cuánta menos fuerza de rebote tiene el suelo).

 

Sistema de pilar y viga – SIP.
También denominado SIP Híbrido (Hrybrid SIPs). Es la combinación de un sistema de pilar y viga y paneles SIP (Structural Insulated Panel, panel estructural aislado) en muros, forjado, tabiques y tejado. El sistema constructivo SIP, por sí mismo, es estructura portante y envolvente a la vez. Pero, a veces, por diseño u otras circunstancias, se añade una estructura de pilares y vigas, con su capacidad portante y aspecto más estético. El sistema de pilar y viga funciona como estructura portante. Con los paneles SIP (montados en módulos 2D en fábrica) se consigue, como cerramiento y aislamiento, la continuidad de la envolvente.

Imagen de Garnica

 

Acero – entramado pesado:
Combinación de un entramado metálico, resistente a los momentos y a las cargas gravitatorias, y un entramado pesado de madera, para transferir cargas laterales.
Los híbridos de acero y madera parecen ser ventajosos para los sistemas estructurales de varias plantas.
Los elementos híbridos, tanto en dirección horizontal como vertical, tienen una mayor capacidad de carga sin aumentar las secciones transversales. Se pueden transmitir elevadas cargas con conexiones sencillas que aceleran el tiempo de montaje. El peso total se mantiene bajo, lo que es ventajoso en caso de terremoto. En caso de incendio, los elementos de acero están protegidos por los elementos de madera, con mejor comportamiento frente el fuego.
Claro está que la madera se deja vista.

Imagen de Dan Giles Carpentry and Joinery

Imagen de Dan Giles Carpentry and Joinery

Imagen de Dan Giles Carpentry and Joinery

No obstante, vale lo comentado por Ravenscroft en el apartado anterior sobre Acero y CLT.

 

Sistema de pilar y viga – entramado ligero:
Es la combinación de un sistema de pilar y viga, o entramado pesado, como estructura principal, a la vista por su inherente estética, y tabiques y paredes de entramado ligero, por su economía de costes (sobre todo si se fabrican en el taller como paneles 2D) y eficiencia energética.

Imagen de Mundolignia

 

 

Por último, se pueden combinar varios sistemas a la vez, como en el del edifico Carbon 12, en Portland (EE. UU), cuya estructura principal es un sistema de pilares y vigas de madera laminada encolada con paneles de CLT como suelos, un núcleo de estructura de acero como sistema de resistencia a la fuerza lateral, y tabiques y paredes exteriores de entramado ligero.

Estructuras de Carbon 12

 

 

La madera es “un material inspirador de formas y profundamente humano“,

Alvar Aalto

La madera es mi amiga“,

Kengo Kuma

 

En esta quinta y última parte, como continuación del anterior post, se hará una recopilación de las ideas-fuerza más interesantes que apuntalan el debate sobre la construcción con CLT, englobadas en las perspectivas siguientes: la política, la competencia y el futuro.

 

  • Política:

En diversos países, a escala nacional, se acuerdan o proponen legislaciones o medidas para impulsar, a mayor escala, la construcción en madera.

El principal impulsor del aumento del uso de la madera puede verse en la liberalización de las normas de protección contra incendios y en el cambio de las condiciones políticas. La construcción con madera se promueve específicamente en muchas regiones, principalmente debido a sus ventajas ecológicas.

En Francia, el presidente Macron trata de “aplicar una política proactiva” en el sector maderero, reaccionando ante el hecho de que en los países escandinavos la madera ya representa entre el 15% y el 20% de la construcción en los países escandinavos, frente a sólo el 3% en Francia. Además, Macron se ha preocupado por el hecho de “Estamos construyendo con madera importada, mientras que Francia tiene un gran bosque. Es un problema” (los aserraderos franceses – y belgas- se han quejado de que Francia exporta un tercio de los robles a China e importa productos fabricados con esa madera).

El sector de la madera inscribe sus peticione tanto en el marco de la sostenibilidad, “Podríamos duplicar el almacenamiento de carbono en la escala de 2030 si nos diéramos los medios“, como en el marco económico, “que reforestemos masivamente, que invirtamos más” para “crear muchos puestos de trabajo“, sobre todo “en la construcción“, sigue diciendo Macron, especialmente porque la madera es una fuente de trabajo que no se puede reubicar.

Este es uno de los sectores que vincula el dinamismo de los bienes inmuebles en las áreas metropolitanas y la creación de puestos de trabajo localizados en las zonas rurales. Realmente encarna la cohesión de los territorios “, según un promotor inmobiliario.

En el mundo, y en una escala regional, se legisla con iniciativas para impulsar un desarrollo del sector maderero.

El Estado de Washsington, EE. UU., tiene un nuevo proyecto de ley orientado a la sostenibilidad y el desarrollo económico que quiere convertir al estado en líder de la arquitectura maderera.

El proyecto de ley SB 5450 se inspiró en conversaciones locales sobre el potencial de la madera, así como en un viaje internacional para estudiar los métodos de Escandinavia para combatir el cambio climático. El resultado final es una petición para que el estado explore la posibilidad de estructuras de madera más altas. “Lo que hace el proyecto de ley es ordenar al consejo del código de construcción del estado que desarrolle reglas para el uso seguro de materiales de construcción de madera“.

El SB 5379 es otro proyecto de ley que propone requerir que todos los edificios estatales de 12 pisos o menos sean construidos con CLT, podría apuntalar aún más la demanda si se aprueba.

En Canadá, la inversión recientemente anunciada para el Programa de Madera en Masa de Ontario por el Ministerio de Recursos Naturales de Canadá colocará los cimientos de nuevas e innovadoras técnicas de construcción que utilizan madera. Apoyando proyectos de investigación, educación y construcción relacionados con edificios altos de madera; investigación y desarrollo de sistemas de construcción de madera masiva; y desarrollo y formación de arquitectos, ingenieros, diseñadores, constructores, educadores y trabajadores del sector maderero.

The Laurentian School of Architecture in Sudbury – Imagen de Ontario Wood Works!

En Hamburgo, Alemania, los edificios se subvencionan con 30 céntimos/kg cuando se utilizan productos de madera en la construcción. En Baden-Württemberg, la construcción en madera ha sido incluida en el acuerdo de coalición entre la Alianza 90/Los Verdes y la CDU.

 

Y a escala nacional, en Canadá, el gobierno federal ha creado el programa Green Construction Through Wood (GCWood), destinado a los edificios de 10 pisos y más, proporcionará casi 40 millones de dólares en financiación a los desarrolladores durante cuatro años, comenzando en abril de 2018.

El pasado día 30 de mayo el gobierno federal aprobó el Proyecto de Ley C-354 que modifica la Ley del Departamento de Obras Públicas y Servicios Gubernamentales para agregar un párrafo sobre el uso de la madera. Este texto permitirá ahora al ministro autorizar el uso de la madera en la elaboración de requisitos para la construcción, mantenimiento o reparación de obras públicas. Este es un primer paso hacia el desarrollo de una carta de madera canadiense, como la que existe actualmente en Quebec.

Pero la iniciativa nacional más ambiciosa, o la más mediática, es la Timber Innovation Act del Congreso de los EE. UU., en mayo de 2017. La Ley de Innovación de la madera pendiente proporcionaría financiación para la investigación de materiales de madera innovadores y estructuras de madera masiva de más de 85 pies (26 metros). Los proponentes del proyecto de ley esperan que sea un ímpetu para transformar las ciudades y pueblos de todo el país con un gran número de edificios de madera de altura media y alta.

La mayoría de los patrocinadores de la Timber Innovation Act provienen de estados en los que la industria maderera está luchando por recuperarse de la reciente recesión inmobiliaria y también sufre la disminución de la demanda de papel, como resultado de la creciente digitalización de la economía.

Sin embargo, algunos actores de la industria maderera masiva dicen que la Timber Innovation Act será de utilidad limitada hasta que se cambien los códigos de construcción para permitir el uso de CLT.

 

  • La competencia:

De sistemas constructivos en madera

Si se habla de competencia entre sistemas constructivos en madera, el mejor competidor del CLT sería el entramado ligero de madera, a base de montantes, relleno de aislamiento y paneles.  Ambos tipos de construcción, la construcción de madera maciza y el entramado ligero (timber frame), tienen sus fortalezas y debilidades. Por eso, los edificios de madera modernos a menudo consisten en una combinación de ambos métodos de construcción.

Una diferencia importante entre los dos métodos de construcción radica en el proceso de construcción: en la construcción de entramado ligero de madera, las materias primas van del fabricante a una empresa de carpintería, donde se cortan, se ensamblan en elementos prefabricados y luego se transportan a la obra. Por lo general, los elementos de madera contralaminada son mecanizados por el fabricante, transportados directamente a la obra y luego ensamblados.

Por lo tanto, el CLT tiene mucho éxito sobre todo en mercados que no conocen una verdadera tradición de carpintería y en los que faltan empresas de construcción de madera bien equipadas. Además del sur de Europa, se encuentran Inglaterra y Francia.

La situación es similar en lo que respecta a la planificación. Los proyectos de construcción de entramados de madera requieren, principalmente debido a la complejidad, un mayor know-how tanto de arquitectos como de ingenieros.

Aunque el método de construcción del CLT es considerablemente más intensivo en recursos que el método de construcción de entramados ligeros, el proceso de fabricación está en gran medida automatizado. En un entorno con costes de mano de obra crecientes, pero con costes de material que tienden a estancarse, el péndulo se está moviendo cada vez más en dirección al CLT.

 

Mientras tanto, herramientas robóticas como las de RANDEK de Suecia están revolucionando la construcción de marcos de madera para que los paneles sean tan precisos y exactos como una pared CLT. Hay una razón por la que Estados Unidos fue construido con montantes: es rápido, barato y es eficiente. Pero al ser construido en obra, era descuidado y con fugas. Las nuevas máquinas cambian todo eso. Traen los entramados de madera ligera al siglo XXI, y utilizan una quinta parte de la madera que el CLT.

En Suecia ha demostrado que se puede construir viviendas realmente fantásticas usando sofisticados entramado ligeros prefabricados de madera, usando mucho menos material y probablemente a un costo más bajo.

Imagen de Randek

Lindbäcks Bygg – Imagen de Per Pettersson.

El CLT puede estar de moda, pero como dijo Lucas Epp, “la sostenibilidad consiste en usar la menor cantidad de material posible“.

 

De otros productos de madera de ingeniería

Hay una competencia de los productos de madera de ingeniería (EWP, Engineered Wood Products) como el NLT (Nail Laminated Timber), DLT (Dowel Laminated Timber) y MLE (Madera Laminada Encolada).

Hace un tiempo se terminó de construir un edificio de oficinas en EE.UU., el T3 en Minneapolis. Usa una moderna estructura de post and beam (pilar y viga) de MLE. Pero los forjados son de NLT, un sistema antiguo. La decisión de usar NLT se basó en una serie de factores que incluían ventajas estructurales, menor costo y tiempos de adquisición más rápidos. Para un vano de un solo tramo, los paneles NLT y MLE son más eficientes estructuralmente que los paneles CLT, ya que tienen toda la fibra de madera en la dirección del vano.

NLT

El DLT es un material impresionante; puede ser fresado con un número de diferentes perfiles con diferentes propiedades arquitectónicas, dependiendo de la estética o la acústica. Estructuralmente, DLT es más eficiente que CLT para pisos y techos con luces unidireccionales entre vigas, pero no es tan flexible como CLT para luces bidireccionales o voladizos; sin embargo, es un poco más barato de fabricar y más fácil de. Pero DLT es el nuevo NLT; no es tan intensivo en mano de obra para hacer, puede ser fresado en una máquina CNC y reciclado más fácilmente porque no tiene clavos.

DLT – Imagen de Structured Carft

El edificio T3

El Mass Plywood Panel

La Universidad Estatal de Oregon y el Center for Advanced Wood Products se asociaron con una compañía maderera local, Freres Lumber Co. para desarrollar el sucesor de CTL, los denominados paneles de contrachapado en masa (MPP, Mass Plywood Panel). Con dimensiones máximas de acabado de 3,66 m (12 pies) de ancho por 14,63 m (48 pies) de largo por 609 mm (24 pulgadas) de grosor, el MPP puede soportar la misma cantidad de peso que CTL mientras usa hasta un tercio menos de madera.

Nuestras plantas de enchapado pueden usar de manera eficiente y responsable madera de segundo y tercer crecimiento con un mínimo de 5 pulgadas de diámetro de tronco para producir paneles de ingeniería“, dijo Arijit Sinha (Oregon State University)

Los paneles pueden alcanzar las características de rendimiento del CLT pero usando un 15 por ciento menos de fibra de madera. “Y la nueva planta de Freres podría producir siete veces más producto que una típica planta de madera contralaminada en operación”, agregó Eric Ortiz, vendedor de Freres Lumber Co.

La principal desventaja es que requiere más adhesivo que el CLT, así que, por peso, la huella del ciclo de vida es menos atractiva que el CLT.

Mass Plywood Panel

De los materiales tradicionales

Desde el año pasado las industrias del hormigón y el acero están promoviendo campañas o estudios en contra de la construcción en madera masiva.

En Francia, Cimbéton (Centre d’Information sur le ciment et ses applications) ha pedido a una oficina de Michel Forgue un estudio para comparar las soluciones en madera y en hormigón sobre un plan técnico y económico. Resultó que, dadas las especificidades del proyecto, la solución en hormigón era la más barata. Forgue estimó el coste adicional en un 25% en el caso de CLT en comparación con el hormigón tradicional y en un 20% para una estructura de madera. Pero admitió que una optimización de la geometría de la estructura habría reducido la diferencia a +10/15 %, una cifra generalmente mencionada en el sector de la construcción. Futurobois replicó con un estudio, pero con viviendas unifamiliares, del que se trató en un post anterior.

En EE. UU., las industrias del hormigón y del acero están presionando enérgicamente para hacer fracasar la Timber Innovation Act, y han creado un sitio web llamado Build with Strength que contiene una crítica detallada de la nueva generación de edificios de madera. “Es un instrumento legislativo que apoya a una industria sobre otra y creemos que es equivocado y peligroso“, dijo Kevin Lawlor, portavoz de Build with Strength. “No creemos que sea seguro en edificios de tres a cinco pisos, y no creemos que sea más seguro en edificios altos“.

Build with Strength es una asociación convocada por la National Ready Mixed Concrete Association. Como sus nombres lo sugieren, ambos grupos son abiertamente a favor de los materiales incombustibles, incluyendo el concreto y el acero. Lawlor dijo que Build with Strength no tiene problemas con la madera, sólo quiere cumplir su misión de educar a la industria de la AEC (architecture, engineering and construction) sobre los beneficios del hormigón premezclado y su uso en edificios de baja y media altura. Sus miembros incluyen arquitectos, ingenieros, industrias siderúrgicas y del hormigón, líderes políticos e, incluso, organizaciones religiosas.

Recientemente, han lanzado una campaña de correo electrónico para informar a los miembros de la industria de la AEC sobre las deficiencias de la madera (no tratada con fuego). Con líneas de asunto ominosas como “Georgia Bill Would Leave Savannah Exposed to Hurricane Threate” y “Flames Quickly Consume Combustible Denver Apartment Complex Under Construction” (un edificio de cinco plantas y 84 unidades que estaba en construcción), los correos electrónicos parecen sembrar dudas sobre la durabilidad y seguridad de los edificios de madera.

Fuego en Denver

Los materiales combustibles no tienen cabida en los proyectos de viviendas de mediana altura, independientemente de si están en construcción o en pleno funcionamiento“, dice Kevin Lawlor. “Estos edificios son efectivamente polvorines con esteroides, y cuando un incendio estalla, son increíblemente difíciles de extinguir.”

Alejándonos de este ruido, Thomas Robinson, director de LEVER Architecture, dijo que las industrias del hormigón y el acero no deberían preocuparse por perder cuota de mercado porque en el futuro las estructuras de madera más altas serán híbridas que incluyen hormigón y acero, así como madera. “Tenemos que examinar cada material para su propósito apropiado“, dijo Robinson.

 

  • Futuro:

Como las necesidades evolucionan, los fabricantes tienen que seguir innovando y mejorando el CLT. Hay varios frentes:

– Nuevas formas de ensamblar las tablas de las capas den un panel CLT:

Ensamblándolas por clavado. Este es el caso de MHM (Massiv Holz Mauer). Se trata de paneles constituidos por capas, cruzadas entre sí, de tablas ranuradas de 23 mm de espesor, solidarizadas por clavos de aluminio ranurado.

MHM

– Nuevas formas de ensamblar las tablas de las capas de un panel CLT, pero mejorando su sostenibilidad:

Al igual que la madera laminada, el CLT emite formaldehído muy débilmente (la madera es siempre un poco) y forma parte de los materiales sanos, clasificados E1, incluso en su versión encolada (con mayor frecuencia adhesivo de poliuretano). No obstante, uno de los objetivos de la innovación es conseguir paneles libres de los compuestos orgánicos volátiles de los adhesivos.

Mediante el fenómeno natural del hinchamiento de las espigas, que extraen la humedad de las tablas adyacentes, se crea una unión duradera entre las capas de tablas del panel.

Un ejemplo es el Holz100 del fabricante austríaco Thoma.

Similar es el NUR-HOLZ del fabricante austríaco Rombach. En lugar de espigas usa tornillos de madera dura. El sistema no aprovecha el potencial comportamiento del material (por ejemplo, la hinchazón) pero logra una unión sin adhesivo para producir un producto comercialmente viable.

Holz100 de Thoma Holz

Nur-holz

– Mediante el mecanizado CNC de las tablas:

El sistema Interlocking Cross Laminated Timber (ICLT) está siendo desarrollado en la Universidad de Utah. ICLT evita el uso de adhesivos o conectores mecánicos (metálicos) en la fabricación de paneles mediante el uso del ensamble de cola de milano. Los paneles están diseñados para hacer uso de madera de desecho: madera de pino de baja calidad abundante en Norteamérica después de una infestación de escarabajos de cuernos largos. Las tablas son fresadas por CNC para formar elementos interbloqueados que proporcionan una acción adhesiva para el panel.

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– Optimizar el CLT con una mezcla de maderas:

Es el Hybrid-CLT, mezclando abeto y haya, creado por la Universidad de Stuttgart. Debido a los cambios climáticos y la reestructuración forestal, la madera de frondosas está cada vez más disponible en Europa, que hasta ahora sólo ha tenido una demanda insignificante en forma de madera. Los productos combinados de madera dura y madera blanda podrían ser alternativas prometedoras a los productos convencionales.

Normalmente, la capa transversal suele romperse primero, pero esto no sucede con la madera laminada híbrida. En el ensayo de cizallamiento, la capa transversal media de madera de haya en la dirección de la fibra muestra una mayor resistencia al cizallamiento que las capas longitudinales de madera de abeto dispuestas paralelamente a la dirección de la fibra. Las pruebas de materiales han mostrado valores de tres a siete veces más altos. Además, los paneles contralaminados híbridos de abeto y haya presentan una capacidad de carga significativamente mayor que los paneles de coníferas puras.

Hybrid-CLT – imagen de MPA UniStuttgart

– Uso de frondosas:

Desde la perspectiva de los diseñadores e ingenieros, el CLT de madera de frondosas ofrece la posibilidad de un panel más resistente al fuego y una ventaja del factor de forma. Debido a que la madera dura tiene propiedades mecánicas superiores, se puede lograr un panel que podría ser más delgado para cumplir con la misma capacidad estructural de un panel CLT equivalente de madera de coníferas.

Además, está la ventaja de colores y patrones de fibras más atractivos.

Maggie’s Cancer Care – CLT de tulipwood

– No sólo abeto, también otras coníferas…

El fabricante francés Jean Piveteau ofrece el CLT de abeto Douglas del que dice tiene una resistencia mecánica entre un 20 y un 30% superior a la del pino o el abeto.

La Universidad de Arkansas ha usado CLT de pino taeda, del grupo del pino amarillo del Sur.

– Investigación orientada a la aplicación:

Con el fin de aprovechar al máximo el potencial técnico de la técnica de construcción en madera masiva, los investigadores están perfeccionando aún más el sistema constructivo de CLT. Con un enfoque en la investigación orientada a la aplicación, pero también incluyendo proyectos de investigación básica: desarrollar módulos completos y/o componentes que se entregan prefabricados y se conectan en fábrica o in situ utilizando técnicas innovadoras de unión; desarrollar productos híbridos basados en CLT y otros materiales como madera de alto rendimiento, acero u hormigón para nuevas áreas de aplicación como suelos de grandes luces, elementos de paredes y tejados; comprobar la capacidad de carga, la deformabilidad, el comportamiento vibratorio y las propiedades estructurales de los elementos; e investigar y desarrollar nuevas técnicas de unión, como el encolado de metales y/o materiales de madera en elementos CLT o la unión de componentes de construcción con dimensiones aún mayores.

Uno de los requisitos clave del sector de la construcción en el futuro será el desarrollo de edificios eficientes y asequibles. Esto podría llevarse a cabo proporcionando el mayor grado posible de prefabricación en la fábrica en combinación con la definición de sistemas constructivos claramente estructurados, para los que CLT es especialmente adecuado.

Imagen de holz.bau forschungs gmbh

 

Crisis de la vivienda

El sistema CLT es barato y rápido de construir, podría la madera ayudar a resolver la crisis de la vivienda que ocurre en algunos países.

En Londres, Reino Unido, según la Comisión de Vivienda, se necesitan 50.000 nuevas viviendas al año sólo para mantener el ritmo de la demanda. Los precios de una casa nueva promedian casi 500.000 libras esterlinas. Con sus ahorros sustanciales en costos y un proceso de montaje rápido, ¿podría el CLT ser parte de la solución?

Paul King, director general de sostenibilidad y relaciones exteriores de Lendlease, lo cree así: “Las estructuras CLT son una fantástica forma sostenible de proporcionar viviendas de alta calidad y alta densidad. En la fabricación off-site se procesan toneladas de madera a un ritmo fenomenal todos los meses.”

Gracias a estas propiedades, CLT se presta a proyectos difíciles y complejos y abre nuevas vías de diseño y desarrollo, perfectas para proyectos de regeneración a gran escala“.

 

Nuevos talentos

En el Reino Unido, el envejecimiento de la mano de obra de la industria de la construcción está contribuyendo a una diferencia creciente entre la cantidad de viviendas construidas y la que se necesita para hacer frente a un déficit nacional creciente.

Los avances tecnológicos pioneros de la industria, como la construcción off-site, servirán como una forma de atraer el talento de la próxima generación, garantizando así la supervivencia de la industria. Poder ofrecer unas carreras profesionales en un lugar de trabajo permanente, seguro y protegido, debería ayudar a la industria a atraer un grupo más amplio de talento, especialmente mujeres y jóvenes, de graduados e ingenieros altamente formados que terminan la universidad con la habilidad de modelar y diseñar edificios en 3D.  Quieren desafiar las normas con formas más inteligentes, más eficientes y – lo que es clave para su generación – formas más sostenibles de construir. Al introducir un pensamiento más progresista y un enfoque en el diseño y la tecnología, la industria de la construcción puede convertirse en una opción más atractiva para las generaciones más jóvenes, con mucha más diversidad en la fuerza laboral de lo que vemos hoy en día.

Edificios de oficinas, nuevas oportunidades

De acuerdo con Philip Vivian, director de Bates Smart que diseño el edificio 25 King Street, Brisbane, Australia:

A diferencia de los edificios residenciales, que tienen muchos espacios cerrados y por lo tanto muros de carga en lugar de vigas, los edificios de oficinas comerciales requieren grandes espacios abiertos.

Típicamente se está trabajando con rejillas de seis a ocho o nueve metros y con vigas y columnas. Es una rejilla estructural bastante pequeña para un edificio de oficinas en comparación con el hormigón o el acero.

Pero ha habido un cambio en los mercados de edificios de oficinas para decir que no se necesita necesariamente un espacio sin columnas para tener un gran espacio. Lo que ha ayudado a facilitar la construcción de edificios de madera con sus vanos estructurales más cortos.

Los inquilinos se han dado cuenta de que no hay una gran pérdida en la eficiencia de tener este número de columnas en una planta, pero hay un gran beneficio en el sentido de bienestar y la conectividad de las personas con su lugar de trabajo en los edificios de madera – donde se puede ver y entender la construcción.

25 King Street

En EE. UU, en una encuesta reciente de arquitectos, promotores y otros profesionales inmobiliarios, el 41 por ciento de los encuestados dijo que espera trabajar en edificios comerciales ecológicos en los próximos años. Más de la mitad mencionó las demandas de los clientes como la principal razón por la que construirían productos ecológicos. La madera es un material de construcción ideal para satisfacer las necesidades del mercado y la próxima generación de trabajadores de oficina.

Los clientes en el mercado comercial buscan cada vez más entornos de trabajo que ofrezcan una combinación flexible de espacios de trabajo y de reunión para mejorar la colaboración, proporcionar confort acústico y térmico y encontrar un equilibrio entre los nuevos y antiguos conceptos de diseño. Además de los beneficios biofílicos para la salud y el menor impacto ambiental, la construcción y los acabados de madera crean una atmósfera cálida, limpia e inspiradora, y también incorporan un rendimiento de construcción de última generación como el ruido reducido, alta calidad del aire y una tecnología HVAC compacta y altamente eficiente. En particular, son las empresas del sector tecnológico las que se han mostrado muy interesadas en estos diseños de puestos de trabajo, con un estilo de los auténticos interiores de los lofts, un factor que se considera un plus para la segunda sede de Amazon Inc. en Newark.

38 Davis – Ankrom Moisan Architects

 

Y para terminar …

Un estudio encargado por Stora Enso en octubre de 2017 evaluó la satisfacción de los clientes de CLT de Stora Enso. Se preguntó a unos 300 clientes de Austria, Alemania y Suiza sobre el CLT utilizando cuestionarios en línea. Un total del 79 por ciento de los encuestados recomendaría CLT a sus amigos. Además, el estudio da como resultado un ranking de los argumentos de venta más importantes de los clientes de Stora Enso. El argumento más importante aquí es el alto grado de prefabricación, que reduce considerablemente los tiempos de construcción, pero también garantiza un montaje sencillo. Este argumento es particularmente popular entre los clientes austriacos, con más del 80 por ciento. El segundo aspecto más frecuentemente mencionado en el proceso de venta es la sostenibilidad y la idea ecológica subyacente. Otro argumento de venta para los clientes es el aspecto especial de la superficie, que crea una atmósfera especial en las habitaciones. La elección de diferentes calidades de superficie, como pino, alerce, abeto y pino, deja poco que desear en términos de diseño y ocupa así el tercer lugar en el estudio. El buen y saludable clima interior creado con el CLT es visto por los clientes como una gran fortaleza y ocupa el cuarto lugar en el estudio.

 

Corolario

¿Qué nos deparará el futuro? Personalmente y desde la perspectiva industrial, creo que irá en la dirección que ha emprendido empresas como la británica Legal & General, una empresa de seguros e inversiones que ha incursionado en el mercado del alquiler de viviendas residenciales, y el gigante estadounidense Katerra con su estrategia disruptiva de integrar verticalmente todas las etapas de la construcción, desde el diseño hasta las instalaciones y la subcontratación, con el fin de reducir los costes, construir más rápido y aumentar la calidad. Los medios de Katerra: abundante músculo financiero más adquisiciones de empresas existentes en la industria de la construcción y los productos, incluidas firmas de arquitectura como la de Michael Green Architecs. Como Green ha dicho: “Los arquitectos han hecho un gran flaco favor al mundo al concentrarse en aquellos que pueden costear la arquitectura en lugar de hacerla asequible para más gente. Esa creencia fundamental nos está llevando hacia el modelo de Katerra. Quiero estar en la pista interior.”

Imagen de MGA