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Habitualmente se consideran tres o cuatro maderas en estructuras de madera laminada: abeto, abeto Douglas, pino radiata y pino silvestre. Muchas más si se habla de fachadas y tarimas al exterior en madera (alerce, castaño, ipe, iroko, etc.). Pero, ampliando nuestros horizontes cognitivos, existen o han aparecido las maderas de frondosas, con prometedoras posibilidades, para conformar nuevos productos de madera laminada.

En España, la especie de madera más habitual es una conífera, el abeto (Picea Abies), fundamentalmente de importación. Son habituales, aunque bastante menos, el pino radiata (Pinus radiata) y el pino silvestre (Pinus Sylvestris). Este último, como es impregnable, se utiliza, tratado en autoclave en profundidad, para la clase de uso 4 (al aire libre y en contacto con el suelo).

MLE -abeto

MLE – pino silvestre tratado en autoclave

Estas maderas de coníferas tienen unas características y resistencias por todos conocidas. Pero desde hace unos años, las especies de frondosas, o de árboles de hoja caduca, han emergido en el mercado de la madera laminada con el fin de obtener beneficios que no se pueden lograr con la madera de ingeniería de coníferas puras:

  • Para conseguir mejoras en: resistencia, rigidez y costes.
  • Abrir mercados que no son factibles para las construcciones de MLE de coníferas.
  • Desde el punto de vista de la economía local y mundial y de la sostenibilidad, es importante mejorar el uso material de los rodales de madera de frondosas, que están subutilizados y en fuerte aumento.

Pero ¿qué especies de frondosas hay y dónde se encuentran en mayor proporción en Europa? Las especies de maderas de frondosas más relevantes para la madera laminada, según la proporción de madera de frondosas en pie, son:

  1. Roble (Quercus petraea, Quercus robur): Francia (59%), Alemania (33%), R. Checa, …
  2. Haya (Fagus sylvatica): Alemania (60%), Austria (68%), Francia (22%), …
  3. Castaño (Castanea sativa): Francia (11%), España, Italia, …
  4. Abedul (Betula spec.): Finlandia, Rusia.
  5. Chopo: Italia, Francia, Rumanía.
  6. Eucalipto blanco (Eucaliptus grandis): España.
  7. Robinia: Hungría.
  8. Fresno: Alemania (7%), Austria (15%).

Todas las especies muestran un desarrollo creciente, o al menos constante, de la población en pie.

Una excepción son los fresnos, que pueden presentar un crecimiento inestable y un volumen de existencias debido a la enfermedad (ash dieback) causada por el hongo asiático Hymenoscyphus fraxineus.

MLE – Abedul

MLE – Castaño

MLE – Eucalipto blanco

MLE – Fresno

MLE – Robinia

MLR de roble

Según Simon Aicher, Zachary Christian y Gerard Dill-Langer en su artículo científico Hardwood glulams – emerging timber products of superior mechanical properties:

“Las propiedades mecánicas de las vigas laminadas hechas de las especies predominantes de madera dura europea de castaño, roble y haya son al menos iguales y generalmente superan la resistencia a la flexión de las clases más altas de resistencia a la flexión de la madera laminada de conífera europea. En cuanto a la resistencia a la compresión paralela a la fibra, incluso las vigas laminadas de madera dura de menor densidad (p.ej. castaño) superan el nivel de resistencia de la madera laminada de conífera en un factor de aproximadamente 2. La madera microlaminada de haya (LVL), que tiene las propiedades de resistencia y rigidez más elevadas de todas las vigas laminadas de madera dura de hoy en día, abre nuevas perspectivas para la competitividad de los elementos de construcción de madera frente a las estructuras de acero y hormigón.”

Baubuche G70

Según Simon Aicher, en su ponencia Glulam made of hardwoods. State of the art – species, adhesives and national/european approvals, EU Hardwood, 22nd International Conference Holzbau-Forum, Garmish, 2016, hay unos límites físicos en la fabricación de laminados de frondosas:

Limitations of harwodds glulam – Simon Aicher

En cuanto a las principales propiedades mecánicas de los laminados de madera de frondosas:

Hardwoods glulam bending strenght

Hardowood glulam E-modules

Y en el ámbito de los adhesivos, Simon Aicher, Zachary Christian y Gerard Dill-Langer, concluyen que:

“Aparte de las propiedades mecánicas superiores de las vigas laminadas de madera dura, no debe negarse, sin embargo, que el establecimiento y la constancia de la producción de encolados fuertes y duraderos en las uniones ‘finger-joint’ de madera dura y en las líneas de encolado de laminado plantean una tarea considerable y más delicada, esencialmente relacionada con el aumento de las densidades de la madera.”

 

Híbridos de MLE.

Si la MLE de frondosas es cara, se puede optimizar la MLE de coníferas combinando éstas con aquéllas, es decir, laminando una o varias capas de madera de frondosas en la zona de compresión (parte superior de la sección) y tensión (zona inferior) con un núcleo central de varias capas de madera de coníferas.

Híbrido de abeto en la zona central y de haya en las zonas con tensiones

Como exponen Aishwarya Muraleedharan y Stefan Markus Reiterer en su tesis Combined glued laminated timber usinghardwood and softwood lamellas:

“[…] Se pudo demostrar que el rendimiento de la MLE puede aumentarse mediante la combinación de láminas de madera dura (roble) y de madera blanda (abeto) en la producción de vigas laminadas encoladas.  De esta manera, la rigidez y la capacidad de carga de la viga pueden aumentar.  Además, se demostró la gran influencia de las propiedades mecánicas de la madera dura en comparación con la madera de coníferas sobre la base de su rendimiento superior. […] Para aumentar la rigidez de las vigas se requiere una mayor diferencia en el módulo de elasticidad de las láminas individuales. […] Se puede observar un mejor rendimiento si se colocan dos láminas en cada lado.”

Una conclusión importante que encontraron Muraleedharan y Reiterer es que es esencial una mejor clasificación de la madera de roble en términos de rigidez.

Diferentes composiciones de madera laminada: (a) sólo madera blanda (b) madera dura en la zona de tensión (c) madera dura en la zona de compresión y en la zona de tensión (d) sólo madera dura. Imagern de Aishwarya Muraleedharan y Stefan Markus Reiterer

Incluso se puede combinar dos maderas de ingeniería: MLE de abeto y madera microlaminada (LVL) de haya según se muestra en la ponencia Gluing of softwood with other materials, del seminario Timber Based Hybrid Structures, Estocolmo, 2018:

Abeto + LVL de haya

Novedoso es combinar láminas de abeto de baja resistencia (T8/T9), en la parte central, con láminas de madera de haya prensada con resinas fenólicas de alta resistencia en los bordes para fabricar vigas híbridas reforzadas KP-BSH, para la clase de uso 1 y 2, con una capacidad de carga y una rigidez significativamente superiores a la MLE de abeto.

KP-BSH-Hybrid

 

Desde los años 2014-2016 la investigación sobre la MLE de frondosas ha cogido bastante impulso. Las conclusiones principales que se han obtenido en el proyecto europeo European Hardwoods for the Building Sector, finalizado en el 2016, en el marco del programa de investigación WoodWisdom, son:

  • “Las frondosas de la UE demostraron que los recursos de madera de frondosas en Alemania, Austria, Francia y Eslovenia siguen creciendo y, por lo tanto, constituyen un recurso fiable para la producción. La clasificación por grados de resistencia de las maderas duras no es común hasta ahora.”
  • “La comparación de tres especies diferentes mostró que la madera de haya tiene un gran potencial en términos de calidad de material.”
  • Hay un coste de procesamiento adicional en la producción de MLE de frondosas por la gran variabilidad de las resistencias de las piezas de madera, debido a defectos locales relativamente grandes,
  • Impulsar el desarrollo de un modelo para predecir el comportamiento mecánico de la madera dura laminada encolada en cuanto al cálculo de estructuras. El objetivo es preparar el marco normativo que permita la entrada en el mercado de estos nuevos productos.

A estas alturas, se dispone en el mercado de una oferta de MLE de frondosas por parte de varios fabricantes como Gámiz, Hess Timber, Schiller Holz, Simonin, etc. con diversos productos, normalizados y certificados, que satisfarán las necesidades actuales.

 

El chopo

Recientemente, en España se investiga las posibilidades del chopo (álamo temblón, Populus tremuloides) de clones (híbridos), procedente de bosques plantados.

La calidad del árbol y la calidad de la madera se consideran críticos para muchos productos de madera de chopo.

Hay un trabajo intensivo en Hungría para la obtención de nuevas variedades (clones) con propiedades físicas y mecánicas muy diferentes. De hecho, existe una larga tradición del uso de la madera de chopo en Hungría:

Glulam structura made of poplar wood in Hungary – 1975

Y también en Francia tratan de dinamizar el uso del chopo.

LA SALLE GRÉMAUX – peuplier

Pero el chopo tiene unas desventajas como la baja resistencia mecánica, la baja dureza superficial, y una textura y apariencia poco excitante. Se están desarrollando varios métodos de modificación de la madera como los tratamientos térmicos y los tratamientos termohidromecánicos (THM) como una buena oportunidad para aumentar las prestaciones estéticas y mecánicas de las aplicaciones de la madera de chopo.

Los resultados de los prototipos de MLE de chopo en un test húngaro, en la Simonyi Károly Faculty of Engineering, Wood Sciences and Applied Arts, Universidad de West Hungary, 2016, muestran que el módulo de elasticidad es de 11.316 N/mm² y la resistencia a la flexión es de 45,9 N/mm².

No obstante, en España, como afirma Pedro Garnica, el presidente de Propopulus, “hay una paradoja que debemos resolver: aunque los estudios muestran que la demanda de madera aumentará en un futuro próximo, en lo que a la populicultura se refiere, la falta de una regulación europea común para nuestra actividad está provocando que las plantaciones de chopo en Europa disminuyan de forma alarmante. El chopo es uno de los árboles más eficientes en términos de sostenibilidad, ya que una hectárea de chopo captura 11 toneladas de CO2 al año y tiene un ciclo de crecimiento rápido”.

 

 

Como conclusión, la madera, sea de frondosas o de coníferas, es un material que ofrece múltiples combinaciones para conformar elementos laminados. Es más, como aprendices de brujo, se puede jugar con las mejores propiedades de cada madera, resultando en nuevas posibilidades estéticas.

 

Hoy en día, muchas construcciones en madera innovadoras se hacen con elementos de CLT (Cross Laminated Timber, o madera contralaminada). Pero, de hecho, hay una tecnología mucho más antigua, en EE. UU y desde hace 150 años, para la construcción sólida con madera: NLT (Nail Laminated Timber), madera laminada clavada. También se la conoce como heavy timber o mill decking. La idea es sencilla: clavar un montón de tablones de madera maciza colocados, uno al lado de otro, de canto.

Nail Laminated Timber

Nail Laminated Timber

En los años 70’s, aparece el brettstapel concebido por el ingeniero alemán Julius Natterer, que ha sido ampliamente usado en la Europa Central. La primera evolución consistía en tablones de madera aserrada, de clases de calidad inferiores, C16 o C18, continuamente clavados juntos, con clavos largos que penetraban en 3-4 tablones, para formar elementos estructurales de 600 mm de ancho. Luego se usaron adhesivos como una forma de fortalecerlos, permitiendo así abarcar luces más grandes. Pero había un problema al cortarlos porque no se sabía dónde estaban los clavos.

brettstapel_1

En 1999, una compañía alemana desarrolló el Dübelholz con espigas o clavijas de madera insertadas en pre-taladros perpendiculares a los tablones. La idea se basa en un ingenioso método: se combinan dos elementos con diferentes contenidos de humedad: los tablones, de abeto, tienen una humedad del 12-145% y las espigas, del 8 %. Entonces, las espigas se expanden para alcanzar el equilibrio de humedad que bloquea juntos los tablones. Pero como madera merma y se contrae, los tablones quedaban sueltos a lo largos del eje de las espigas.

brettstapel_2

Por eso, en 1998, una compañía austriaca desarrolló un sistema de espigas en ángulo a través de los tablones en formaciones de “v” y “w”. Dando como resultado un sistema se unión muy rígida. Y así se consigue un elemento estructural ecológico, o sea, 100 % en madera.

brettstapel_3

Como dice Samuel Foster, arquitecto asociado de Gaia Group, “”La razón por la que nos mantenemos alejados de las colas es que los eurocódigos que gobiernan los adhesivos estructurales significan que estos productos podrían ser un riesgo para la salud.  Trabajamos sobre el principio de precaución y no hemos visto ninguna evidencia de que estos productos no son nocivos para la salud”.

Se puede aumentar más la rigidez del brettstapel con un perfilado de cada tablón:

brettstapel-feder

En cuanto a longitudes, con el brettstapel se consiguen longitudes de hasta 12 m, ya que se emplea madera maciza KVH (madera maciza empalmada mediante finger-join, en las testas).

En la actualidad, hay más de 20 empresas que fabrican brettstapel en Austria, Alemania, Suiza y Noruega.

Como curiosidad, hay una empresa austriaca, Thoma, que argumenta que sus productos son adecuados para las personas alérgicas debido a la resistencia a los hongos de la “madera de luna” (mondholz). [1]

Hay que hacer un inciso: el brettstapel (o Dowel Laminated Timber, DLT) se fabrica con espigas de madera y en el NLT se utilizan conectores metálicos.

Una de las características relevantes de estos productos es que permiten una diversidad de diseños de perfiles, en la parte inferior, tanto desde el punto de vista estético como de aislamiento acústico.

perfil-acustico

Foto de Marlegno

Foto de Marlegno

 

Y se pueden conseguir formas geométricas como las ondas:

Foto de Structurecraft

Foto de Structurecraft

Mientras el CLT es caro, y si se construye sobre simples tramos, como sucede en viviendas unifamiliares, el NLT hace el trabajo muy bien, es mucho más barato y se puede fabricar por cualquier carpintero de armar.

Foto de Nicola Log Works

Foto de Nicola Log Works

 

Luego se adhiere unos paneles contrachapados, por encima, para proporcionar al panel de NLT capacidad a cortante, o sea, un diafragma estructural.

El NLT requiere un cuidado con respecto a la merma e hinchazón perpendicular a la fibra, por lo que hay que disponer un hueco entre paneles.

nlt-merma-e-hinchazon

El estudio Smith and Wallwork Engineers muestra la eficiencia estructural entre el CLT y el Brettstapel en forjados y muros:

Forjados

Forjados

Paredes

Paredes

Una particular ventaja del NLT frente al CLT es la resistencia frente al fuego. Aunque ambos productos tienen una velocidad de carbonización similar, entre 38 y 44 mm en 60 minutos, es mejor exigir, si se exigir un CLT de más de 5 capas, que proporcionan una ratio de entre 45 y 90 minutos.

nlt-fuego_1

nlt-fuego_2

En este enlace, se ofrece un cálculo online del brettstapel, en alemán.

Como orientación para el cálculo de un forjado de una vivienda residencial, para un vano de 4,5 m, 4 kN de cargas (permanentes y sobrecarga) y una deflexión f = L/300,  resulta un espesor de panel de 140 mm.

 

En resumidas cuentas:

  • El NLT es más fácil de fabricar. Cualquier carpintero lo hace y empleando maderas de origen local y de baja calidad. Pero las longitudes son limitadas a las de la madera maciza.
  • El brettstapel es el más ecológico. Es 100% madera, sin colas.
  • Hay una producción estandarizada de paneles de brettstapel.

 

Una ventaja del NLT y brettstapel frente al CLT es que permite alojar tubos de instalaciones técnicas en los huecos que dejan tablas de distinto canto:

Foto de Tschopp Holzbau

Foto de Tschopp Holzbau

El brettstapel no es tan flexible y fuerte como el CLT, pero para muchos edificios de poca altura, tiene buen desempeño. Pero crea un ambiente interior realmente sano, tiene buena masa termal, permeable a la humedad, buen aislamiento acústico y, a efectos estéticos, prescinde de los paneles de pladur.

 

Ejemplos de proyectos.

En EE. UU, la empresa Structurecraft ha desarrollado bastantes proyectos con la tecnología NLT. Un proyecto relevante de Structurecraft ha sido el T3 Building, en Minneapolis, la primera construcción en madera masiva de EE.UU. Básicamente la estructura principal es de post and beam y los forjados son de paneles de NLT de 3,05 x 12,8 m.

Foto de Structurecraft

Foto de Structurecraft

En el Reino Unido, el estudio Gaia Architects fue el autor del primer edificio que utilizó el brettstapel, el Acharacle Primary School, construido en 2009 y con certificado Passivhaus. Forjados, muros y cubiertas se construyeron a base de paneles de brettstapel, libre de colas.

Interior de la escuela de Acharacle

Interior de la escuela de Acharacle

Gaia via Building.co.uk

Gaia via Building.co.uk

Más información en Brettstapel.org o en Brettstapel.de. Y en Isssuu.

Para descargar el NLT Design Guide de Structurecraft, aquí.

 

 

 

 

[1] Llaman madera de luna a la cortada durante la luna menguante, cuando la savia está más baja en el árbol. La madera se deja secar verticalmente, al revés, con su corteza y algunas ramas dejadas intactas. La gravedad sacará lo que queda de la savia en las ramas, que luego se cortan. Este proceso produce una madera de calidad superior que no tiene agrietamiento, división o deformación, así como ninguna infestación de insectos y una durabilidad más larga. Este proceso no implica el uso de toxinas o el secado en hornos, creando así una menor huella de carbono. Esta es una técnica antigua que ha proporcionado la misma madera que creó los templos de mil años de antigüedad que todavía se mantienen, hasta el día de hoy, en países como Japón.