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Escrito por el Dr. Robert Hairstans, director del Centre for Offsite Construction and Innovative Structures de la Universidad de Edimburgo Napier y reconocido experto en el campo de la ingeniería de la madera, el libro explora los diferentes productos encolados y no encolados disponibles (CLT, DLT, LVL, MLE, NLT, etc.), a través de un examen detallado de los diferentes procesos de fabricación, junto con sus propiedades y características de rendimiento individuales.

En respuesta a la interminable pregunta de por qué estos productos no se fabrican a partir de madera cultivada en el Reino Unido, el libro ofrece una selección altamente informativa de estudios de caso sobre el trabajo de investigación y desarrollo llevado a cabo por el Dr. Hairstans y otros colegas de la Universidad de Edimburgo Napier sobre el potencial de las diversas especies de árboles disponibles en el sector forestal del Reino Unido para ser fabricadas en sistemas y productos de madera laminada sólida comercialmente viables.

Es interesante que, de entre los casos de estudio, destacan los proyectos que hacen un uso ejemplar de CLT, MLE y LVL fabricados a partir de maderas de frondosas y el potencial de estos productos y sistemas relativamente nuevos para introducir una nueva dimensión en el diseño y la construcción de madera. Un ejemplo es el Warner Stand en el Lord’s Cricket Ground de Londres, con vigas MLE de roble blanco americano, la primera vez que la especie ha sido utilizada en esta escala. No se trataba simplemente de utilizar una madera dura en lugar de una blanda, sino que los retos técnicos son bastante diferentes y, en este caso, los ingenieros y el fabricante, Hess Timber, tuvieron que llevar a cabo una amplia investigación, desarrollo y pruebas.

Los adhesivos que funcionan perfectamente con la madera blanda, por ejemplo, no podían ser absorbidos por el roble blanco debido a su densidad, un problema significativo para las uniones finger-joint, pero que finalmente se resolvió con éxito mediante el uso de un adhesivo moderno de melamina, una solución que no habría sido posible hace una década.

 

Warner Stand

Referencia bibliográfica del libro:

Hairstans, Robert, Mass – an introduction to solid laminate timber systems, Arcamedia Ltd., Edinburg, Reino Unido, 2018, 64 pp., ISBN: 978-1-904320-11-1.

 

Como libro de tapa blanda:

https://www.arcamedia.co.uk/product-page/mass-timber-an-introduction-to-solid-timber-laminate-systems

Como e-book:

https://www.arcamedia.co.uk/product-page/mass-timber-an-introduction-to-solid-timber-laminate-systems-e-book

Mass timber – an introduction to solid laminate timber systems

 

Estamos tan familiarizados con la madera y tenemos una relación tan íntima con ella que, sin embargo, está rodeada de prejuicios.

Clare Farrow.

 

En esta cuarta 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 durabilidad y la sostenibilidad.

 

  • Durabilidad

A pesar de la percepción generalizada de que la vida útil de las estructuras de madera es inferior a la de los edificios de otros materiales, no existe una relación significativa entre el tipo de material estructural y la vida útil media. Los índices actuales de la vida útil de los diversos productos asignan a la madera una vida útil inferior a la de otros materiales sin ninguna base para ninguno de los valores elegidos.

Apoyando esta conclusión, un estudio de edificios demolidos en Minnesota encontró que la mayoría fueron demolidos debido a cambios en el valor de la tierra, cambios en los gustos y necesidades, y falta de mantenimiento de los componentes no estructurales. De hecho, los edificios de madera en el estudio eran típicamente los más antiguos; la mayoría tenían más de 75 años. En contraste, más de la mitad de los edificios de hormigón cayeron en la categoría de 26 a 50 años, y el 80 por ciento de los edificios de acero demolidos tenían menos de 50 años de antigüedad. En general, el hecho de que los edificios de madera tuvieran la vida útil más larga demuestra que los sistemas estructurales de madera son totalmente capaces de satisfacer las expectativas de longevidad de un edificio.

La madera es más sensible a la humedad que el hormigón o el acero, especialmente durante la construcción si no está adecuadamente protegida. Aquí es donde entra en juego la integración de los elementos de cerramiento y fachada. El diseño integrado y la erección de los componentes de cerramiento y fachada del edificio para proteger las estructuras de madera masiva durante la construcción es crítico para el éxito económico, durabilidad y general de estos edificios.

En los altos edificios de madera donde el andamiaje y el entoldado no son prácticos o económicos, deben emplearse las siguientes estrategias para evitar la humectación de la madera:

  • construir y revestir muy rápidamente durante la estación seca del verano,
  • pre-proteger los elementos de madera con membranas apropiadas,
  • prefabricar los cerramientos para una rápida instalación,
  • aplicar de fábrica acabados para reducir la absorción de agua,
  • y emplear un plan de gestión del agua en la obra efectivo.

El CLT puede manejar la humectación mucho mejor que el NLT ya que no se hincha a lo largo o ancho. Si el CLT toma mucha humedad durante la construcción, la madera tardará mucho tiempo en secarse, provocando costosos retrasos en la construcción.

Después de la construcción del edificio Brock Commons se han obtenido unas conclusiones sobre la necesidad de una prefabricación de la fachada.

Se resumen a continuación las dos diferencias clave que deben tenerse en cuenta al principio en el diseño de los edificios de madera altos que son diferentes de otros tipos de construcción:

1) Necesidad de velocidad:

El cerramiento del edificio para edificios de madera más grandes y altos debe ser construido y sellado lo más rápido posible después del montaje de la estructura de madera. Esto requiere el uso de una prefabricación externa y un trabajo mínimo en obra para preparar la instalación de paneles de pared y techo. Además, los materiales utilizados en los paneles de la envolvente, ya sea que estén fabricados estructuralmente de madera, acero u hormigón, deben adaptarse a las inclemencias del tiempo y ser tolerantes a la humedad durante la construcción. Por lo tanto, la preinstalación de ventanas y el cuidado diseño de juntas de paneles e interfaces para facilitar el sellado son cruciales.

2) Garantizar la durabilidad:

Los materiales utilizados dentro de la envolvente del edificio deben ser robustos y esencialmente “de alto rendimiento”.

Dada la potencial expansión/contracción vertical a corto y largo plazo y la deriva lateral de la estructura de madera, también necesitan ser más tolerantes al movimiento. La eficiencia térmica es necesaria para el cumplimiento del código de construcción, así como el uso de materiales incombustibles. Los componentes estructurales de madera pueden ser tan duraderos como el acero o el concreto cuando se protegen adecuadamente y tienen la ventaja adicional de ser más eficientes térmicamente al pasar por alto el aislamiento instalado.

 

Según un informe[1]:

“… hay fuertes e interesantes correlaciones entre los ciclos climáticos, las tasas de absorción/desorción, los cambios de masa y dimensiones y la fisuración en los paneles CLT.

… los parámetros ambientales pueden afectar de manera diferente al rendimiento higrotérmico de los paneles CLT, dependiendo de las superficies expuestas (por ejemplo: las testas, la cara larga); las características geométricas iniciales del panel (espesor – número de capas; extensión plana; presencia de huecos entre la madera aserrada dimensional y en las líneas de cola, etc.).

También es evidente que, puesto que los cantos de los paneles CLT son los más sensibles al flujo climático y al potencial de humectación interior (y las consecuencias resultantes), y al mismo tiempo, están presentes en los lugares más críticos (por ejemplo, la envolvente del edificio, las conexiones y las aberturas), requieren mayor atención, tanto en la investigación como en el diseño.

… las conexiones son una fuente importante de continuidad y ductilidad en las estructuras de madera, y un punto natural de sensibilidad al deterioro debido a la carga cíclica (por ejemplo, sísmica y de viento) y a la retención de humedad. […] Dondequiera que un panel CLT se una a otro elemento, y dondequiera que CLT se abra con una abertura (por ejemplo, una ventana o puerta), sus cantos quedarán expuestos, y (y lo que es más importante, su interior) será más vulnerable a las fluctuaciones climáticas, fugas, atrapamiento de humedad y los riesgos resultantes asociados (pudrición, cambios dimensionales, pérdida de resistencia, etc.). Esto se verá exacerbado por las brechas existentes de los paneles no encolados, las imperfecciones en la disposición de las capas y la tendencia de las testas a fisurar bajo fluctuación climática. El tratamiento de los cantos es una posible solución para reducir estos efectos y el potencial de humectación del interior.”

Empieza a ser usual el uso de membranas autoadhesivas para asegurar la estanqueidad. Cuando los paneles están hechos de tres capas hay movimientos de aire a través de los elementos del panel, en cinco capas esta tasa baja. El método para asegurar la estanqueidad es instalar un producto en la cara exterior del CLT, y el mejor producto para ello es una capa de estanqueidad a la intemperie no porosa (es decir, hermética al aire), ya que puede dejarse expuesta a la intemperie. La estanqueidad se logra conectando membranas autoadhesivas entre sí en una piel continua alrededor de todo el exterior de la envolvente del edificio.

El uso de una membrana autoadhesiva ayuda a superar este reto de diferentes maneras;

  • Se puede adherir en la fábrica y luego se pueden sellar las juntas en obra para garantizar una estanqueidad continua.
  • No tiene fijaciones inmediatas (excepto el adhesivo), por lo que la estanqueidad es total.
  • El tejado y las paredes pueden ser tratados al mismo tiempo con el mismo producto creando una estanqueidad continua.

 

Una vez terminada la construcción, el CLT no requiere un régimen de mantenimiento inusual (similar al de los edificios de estructura de madera). En caso de que se produzcan daños en un panel, siempre que no sea estructural, se puede empalmar utilizando las técnicas normales de carpintería. Los daños estructurales requerirán soluciones más técnicas, aunque CLT proporciona una buena fijación para los refuerzos o elementos adicionales.

 

  • Sostenibilidad

La densificación urbana es tanto una realidad como una necesidad. Se prevé que para 2050 la población mundial alcanzará los 9.800 millones de personas, de las cuales alrededor del 70% vivirá en ciudades, y cada vez más personas vivirán en la pobreza y la desigualdad. A medida que las zonas urbanas se vuelven más densamente ocupadas y los precios del suelo se disparan, parece que la única opción es construir hacia arriba. El problema es que las ciudades ya representan el 75% de la contaminación mundial y del consumo de recursos no renovables.

Pero los bloques de pisos a menudo se asocian con la pobreza, los problemas sociales, los peligros y el aislamiento, recordemos tragedia de la Torre Grenfell en Londres. La gente teme la pérdida de privacidad, individualidad y el contacto con la naturaleza, e igualmente, la perspectiva de verse obligada a abandonar las ciudades a medida que comprar o alquilar una vivienda se vuelve cada vez más inaccesible.

En este contexto, puede parecer extraordinario proponer un material, la madera, que fue, a su vez, rechazado en la era moderna, precisamente por el miedo y los prejuicios.

Las primeras experiencias con madera de ingeniería (EWP), como la madera laminada en cruz (CLT) y la madera laminada encolada (MLE), fueron impulsados inicialmente por informes sobre el cambio climático y el entendimiento de que la madera puede absorber y almacenar dióxido de carbono sin parangón en otros materiales.

Ya sabemos que la construcción y operación de edificios de todo tipo son responsables de hasta el 40 por ciento de todas las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre.

Un estudio realizado en 2009 por la Universidad de Canterbury, en Nueva Zelanda, reveló que, durante un ciclo de vida de 60 años, “el aumento de la cantidad de madera en los edificios disminuyó la energía incorporada inicial y el potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) de los materiales y también disminuyó el consumo total de energía y el GWP“. En general, los edificios de madera pueden tener una huella de carbono total un tercio menor que los edificios de acero y hormigón de tamaño similar.

Es, pues, la madera, el material mágico para construir un mundo sostenible.

 

Se ha creído y actuado sobre la base de que la distribución del impacto climático de una casa se distribuye en un 15 por ciento durante el proceso de construcción y el 85 por ciento restante en el uso de la casa en función del consumo de energía en la casa. Esta es la razón por la cual se ha dedicado tanto tiempo a mejorar el rendimiento energético de los edificios.

Sin embargo, un estudio de los centros suecos IVL (Instituto de Investigaciones Medioambientales) y KTH (Real Instituto de Tecnología) sobre el ciclo de vida del Strandparken, un edificio alto en madera en Sundbyberg, demuestra que el mayor impacto está en el proceso de construcción, no en el uso. Hasta el 75-80 por ciento de las emisiones ocurren durante el proceso de construcción y solo el 20-25 por ciento durante el período de uso del edificio. El estudio muestra que la elección de madera como material en lugar de hormigón reduciría el impacto climático del edificio durante 50 años en un 40 por ciento.

Los bosques suecos tardan sólo un minuto en producir la madera (120 metros cúbicos) necesaria para la construcción de Strandparken.

De hecho, se ha estimado que, si se utilizara la madera en lugar del hormigón y acero en todos los edificios del mundo, se podría reducir las emisiones de CO2 en un 31 por ciento, lo que obviamente tendría un gran impacto en el cambio climático.

Una conclusión es que todos debemos cambiar el enfoque a la parte de cómo construimos las casas, pero, sobre todo, qué material de construcción elegimos.

El edificio Strandparken

 

Sin embargo, es importante señalar que estos resultados suponen que el 100% de la madera se desvía del vertedero al final de su vida útil. Si la madera se vierte en vertederos al final de su vida útil, el análisis ha sugerido que las emisiones netas de un edificio con estructura de CLT podrían exceder las emisiones del ciclo de vida de un edificio con estructura de hormigón típico.

Cuando se vierte la madera en los vertederos, se pudre y libera hasta un 60% del carbono secuestrado a la atmósfera como metano, lo que es 25 veces peor que el dióxido de carbono en términos de impacto del calentamiento global.

 

Y al final del ciclo de vida del CLT, ¿al vertedero?

Según ha escrito Lloyd Alter, ¿qué haremos con la madera después de derribar la estructura? No se puede tirar en un vertedero y dejar que se pudra, ya que eso libera lentamente el carbono atrapado de vuelta a la atmósfera. Quemar la madera para obtener energía hace lo mismo, pero más rápido. Reciclar de forma responsable la madera para su uso en otros proyectos de construcción u otros productos es la única forma de asegurar que el carbono secuestrado permanezca así.

Actualmente, las ciudades son muy dinámicas y cambian constantemente, por lo que la vida media de un edificio no es tan larga como antes. Los edificios de acero y hormigón producen constantemente residuo, en su demolición, lo que significa que sus propiedades de durabilidad son una desventaja frente a la demolición “temprana” de una parte considerable de los edificios construidos. Por otra parte, la madera es un material que puede reutilizarse o reciclarse fácilmente.

 

En respuesta al Acuerdo de París (COP21, 21st Conference of Parties), los científicos propusieron una serie de “tecnologías de emisiones negativas” (ETN) para limitar el cambio climático a “muy por debajo de 2°C“, tres de las cuales se relacionan con la madera y su capacidad de absorber y almacenar el carbono de la atmósfera: forestación y reforestación, construcción con biomasa y biomasa con captura y almacenamiento de carbono.

Climate Challenge Numbers for COP21

En consecuencia, diversos países hacen planes como el plan medioambiental de 25 años del Reino Unido, recientemente publicado, que reconoce la importancia de utilizar recursos sostenibles, y recomienda específicamente aumentar el suministro de madera.

 

Gestión forestal

Ya sea en Canadá, EE. UU. o, incluso, España, están aumentado las superficies forestales.  De hecho, de acuerdo con “Sustainable Forestry in North America“, durante los últimos 50 años menos del 2% del inventario de árboles en pie en los Estados Unidos fue cosechado cada año, mientras que el crecimiento neto de árboles fue del 3%. Y en la UE sólo se está cosechando actualmente dos tercios de su crecimiento anual de madera.

Los seres humanos actualmente cosechan sólo el 20% del crecimiento forestal global cada año, y más madera podría ser extraída sin reducir la cantidad total de carbono encerrado en los bosques.

 

Los expertos admiten que los beneficios ambientales del CLT son complejos y difíciles de medir.

Por un lado, una gestión forestal cuidadosa es una parte crucial para asegurar el factor de sostenibilidad. El replantar árboles después de la cosecha es una parte crítica de este manejo. Pero también hay otras consideraciones.

Los objetivos de sostenibilidad incorporados en la marca CLT dependen de prácticas certificadas por el Forest Stewardship Council (FSC).

La silvicultura industrial almacena menos carbono y produce menos madera que el manejo forestal bajo los criterios del FSC. El transporte es otra fuente de emisiones que debe ser tenida en cuenta en las declaraciones de sostenibilidad de CLT.

 

Sin embargo, a menos que utilicemos madera procedente de bosques gestionados de forma responsable, simplemente estamos sustituyendo un problema por otro. La madera es tan buena como el bosque del que proviene.

La investigación de la empresa de ingeniería Arup descubrió que la construcción con madera talada de grandes bosques industriales libera casi tanto carbono a la atmósfera como los edificios de hormigón bajo el supuesto de que no se replantaran árboles. Otra investigación del estadounidense Center for Sustainable Economies encontró que la silvicultura industrial, lejos de ser un sumidero de carbono, en realidad podría ser la fuente más grande de emisiones de carbono. Sin embargo, la investigación aclara que tal replantación varía a través de la industria.

Pero hay mucho más en juego en un bosque que sólo el carbono. Si construimos con madera sin considerar cuidadosamente el bosque donde creció, corremos el riesgo de dañar el agua limpia, el hábitat para la vida silvestre, los senderos para excursionistas y cazadores, y más. Lograr beneficios ambientales de la construcción en madera requiere un compromiso con la silvicultura ecológica. Requiere que los desarrolladores exijan madera de bosques que mantengan la biodiversidad, protejan ríos y arroyos, limiten el uso de productos químicos y talas, y preserven la capacidad de volver a crecer indefinidamente.

La certificación del Forest Stewardship Council (FSC) fue creada para ayudar a los arquitectos y promotores a elegir madera de bosques manejados de acuerdo a altos estándares ambientales, mucho más allá de las reglas de práctica forestal locales. De acuerdo con las regulaciones establecidas por el FSC, se planta cinco árboles más para reemplazar cada uno de los talados.

Una investigación reciente de Ecotrust en Washington y Oregon encontró que los bosques manejados de acuerdo a esos estándares almacenan más carbono que aquellos que simplemente cumplen con la letra de la ley. Debido a que los árboles en los bosques certificados tienden a envejecer y crecer, producen volúmenes de madera comparables a los de los bosques industriales de rotación corta. Los árboles grandes almacenan más carbono, incluso cuando añaden más madera a su circunferencia cada año, en relación con los árboles jóvenes.

 

Esto contrasta con las afirmaciones, en unos cuantos artículos aparecidos, de que es sostenible el aprovechamiento de los árboles jóvenes. Dicen:

Hoy en día, una operación moderna e integrada puede convertir más del 80 por ciento de un árbol en productos útiles, mientras que la mayoría del resto se convierte en combustible. Para aumentar la productividad, es necesario depender de árboles más pequeños y jóvenes. La tala de árboles cuando son jóvenes significa esencialmente producir trozos más pequeños en mayor cantidad que los más grandes. Teniendo en cuenta la avanzada tecnología maderera de hoy en día, esto no debería ser un problema, ya que se pueden fabricar productos muy estables y fuertes a partir de piezas pequeñas y de baja calidad. El uso de árboles jóvenes como material para productos derivados de la madera también es más sostenible, ya que los árboles absorben CO2 más rápido en sus primeros años, por lo que se incrustará más carbono en la madera si cortamos árboles jóvenes y replantamos más árboles.

 

La madera con imperfecciones visuales que actualmente se desperdicia se puede utilizar en las capas medias de un panel CLT sin sacrificar su resistencia ni su aspecto. Los partidarios dicen que podría volver a poner en funcionamiento los aserraderos y, al mismo tiempo, mejorar la salud de los bosques a través del raleo de bosques densos y el uso de madera de bajo valor y especies arbóreas locales. Árboles tan pequeños con 127 mm (5 pulgadas) de diámetro en la parte superior y aquellos dañados por plagas e incendios forestales son los mejores candidatos. Al abrir nuevos frentes de suministro, el CLT ayuda a la silvicultura sostenible. Y debido a que los fabricantes de CLT pueden cosechar árboles pequeños y ya muertos, la tala de árboles se convierte en un esfuerzo rentable.

 

Pero, últimamente, en Portland, han aparecido opiniones contrarias a la sostenibilidad de este tipo de bosques, como en Oregón, EE. UU. Opiniones que sostienen un grupo importante de ambientalistas. Afirman que la construcción del edificio Framework en madera de 12 pisos, en Portand, se basa en productos manufacturados de madera que no están sujetos a los estándares de cosecha sostenible establecidos por el FSC. “Sin tal requisito, la Ciudad de Portland podría estar alentando la tala desenfrenada de los bosques de Oregon“, afirman quienes son los líderes ambientales de Portland en una carta enviada el 29 de enero al alcalde de Portland. Debido a que “pueden utilizar un material más pequeño que la construcción tradicional de madera, puede proporcionar un incentivo perverso para acortar las rotaciones de las talas y hacer un corte más agresivo. Las rotaciones más cortas significan cortes de aclareos más frecuentes, más lodo y limo que fluyen hacia los ríos, y más aplicaciones de herbicidas“.

Los aclareos no pueden ser el único riesgo ambiental potencial de CLT: “Como cualquier otra actividad industrial que libere sustancias químicas potencialmente dañinas, las instalaciones de producción de CLT deben esforzarse por eliminar o minimizar la liberación de compuestos orgánicos volátiles (COV) y otros contaminantes en el aire“.

A menudo se dice que lo que la minería de carbón es para Virginia Occidental, la tala de árboles de aclareos para Oregon, y creo que eso está en pleno despliegue con este problema. A menos que se haga más para asegurar que la madera proviene realmente de fuentes sostenibles, y que los aserraderos que la producen minimicen las emisiones tóxicas, el CLT en realidad empeorarán los problemas ambientales, no mejorarán“, dice Steve Pedery de Oregon Wild.

Algunos investigadores temen que la tala de más madera pueda dañar los ecosistemas forestales, particularmente en los países en desarrollo que ya están plagados por prácticas madereras pobres y, a menudo, ilegales. Si vamos a cortar madera, tenemos que hacerlo de manera que no sólo sustente el bosque, sino también la biodiversidad y todo lo demás.

 

Dice Lloyd Alter que los árboles pueden ser renovables, pero los bosques no lo son. Es una falacia considerar la madera sólo como un producto agrícola: mientras que la madera puede ser plantada, cultivada y cosechada como cualquier otro cultivo agrícola, esta actividad no debe ser confundida con un bosque, porque es un monocultivo. Un valle plantado en una sola especie de árbol no es un bosque.

Dadas las presiones sobre nuestros recursos, ¿no tenemos la obligación de elegir el sistema que menos material utilice, aunque sea renovable? Si usamos más madera, entonces estamos cultivando más árboles y absorbiendo más CO2, pero también estamos consumiendo más bosque, y puede que ni siquiera sea verdad que estamos absorbiendo más CO2; un estudio publicado en Nature encontró que los árboles viejos realmente absorben más CO2 que los jóvenes. La absorción de CO2 es una función del área foliar, y los árboles grandes tienen muchas más hojas.

La densidad de la ciudad, por ejemplo, está directamente relacionada con las emisiones de carbono. Es un hecho que las ciudades densas son significativamente más sostenibles que las ciudades extensas; por lo tanto, un camino hacia formas de vida más sostenibles podría ser la planificación y regulación de ciudades de madera compactas.

 

Pero el CLT puede ser una salida a masas forestales desaprovechadas, en gran parte, de coníferas interesantes como el pino taeda, del grupo del pino amarillo del Sur (comparte muchas características con otras especies de este grupo tales como ser duro, denso y poseer una excelente relación resistencia-peso). Así, en Arkansas, EE. UU., el estado cultiva 8 millones de toneladas más de pino de las que cosecha anualmente. Con esta madera se han fabricado los paneles de CLT para el almacén de la biblioteca de la Universidad de Arkansas.

Uno de los problemas es que aprendimos a cultivar el pino taeda más rápidamente, pero a medida que lo cultivamos más rápidamente, la resistencia y la calidad de la madera ya no son tan buenas como hace 70 años“, dijo Mathew Pelkki, presidente de la Escuela de Silvicultura y Recursos Naturales de la Universidad de Arkansas. “Cuando lo diseñas y lo pones en madera laminada, puedes eliminar los defectos. Es mucho más fuerte“.

Universidad de Arkansas – imagen de Beth Hall

 

En la siguiente parte se tratarán las siguientes perspectivas: política, competencia y futuro.

 

[1] How monitoring CLT buildings can remove market barriers and support designers in North America: an introduction to preliminary environmental studies, de Evan L. Schmidt, Maria Paola Riggio, Paul F. Laleicke, Andre R. Barbosa y Kevin Van Den Wymelenberg.

Un libro de Michael Green, el más conocido líder en la difusión de la construcción en madera en altura.

“La construcción de madera no es un nuevo concepto o tecnología. Las innovaciones constructivas del siglo XXI combinadas con los cambios en los códigos de construcción en todo el mundo están contribuyendo a una revolución de la madera. “La madera es un producto secuestrador de carbono renovable que se cultiva naturalmente“, dice el arquitecto y autor Michael Green. “Proporciona un ambiente interior saludable para trabajar y vivir que otros materiales de construcción no pueden. La madera ofrece un medio evolutivo que, es a la vez complejo, y una nueva frontera para el diseño. En muchos aspectos estamos adquiriendo conocimientos que desaparecieron hace un siglo y revitalizando el próximo siglo construyendo más sosteniblemente “.

Junto con su colega arquitecto y autor, Jim Taggart, Green ha sido coautor del libro titulado “Tall Wood Buildings“, publicado por Birkhåuser, en inglés y alemán. La publicación explica los tipos típicos de la construcción tales como sistemas de paneles, entramados y sistemas híbridos. El libro incluye 13 estudios de casos que celebran la belleza y la especificación/detalle de los edificios de madera en todo el mundo.”

Aquí se pueden visualizar unas páginas del libro.

Referencia bibliográfica:

Green, Michael, Jim Taggart, Tall wood buildings: design, construction and performance, Birkhäuser, Suiza, 2017, ISBN-13: 978-3035604757, 176 pp.

 

Hace poco, el arquitecto Lloyd Alter ha escrito unas impresiones sobre unas últimas conferencias de Michael Green en su último post. Dice Alter:

“[…] el mayor desafío no es la ingeniería o los materiales, somos nosotros: “El problema no es la ciencia, sino el desafío de cambiar las opiniones de los pueblos sobre lo que es posible. El reto que tenemos es pasar de la emoción a la ciencia. Podemos construir de esta manera, solo tenemos que recalibrar nuestra imaginación.”

[…]Él prevé un futuro donde en lugar de cortar los árboles en tablas que luego se encolan o clavan en la madera masiva, nosotros imprimiremos en 3D con fibras de madera, en los tipos y formas que son más eficientes estructuralmente.”

 

Este post es casi un ejercicio teórico, pero el fin es mostrar que se puede construir una casa de madera con aislamientos y materiales sostenibles de producción local en España y baja huella de carbono.

Toda nueva edificación, a partir del 31 de diciembre de 2020, deberá cumplir los parámetros de un Edificio de Consumo de Energía Casi Nulo (EECN, o Net Zero Energy Building). En España, el CTE (Código Técnico de Edificación) introdujo en 2013 modificaciones en su apartado de ahorro energético. Lo cierto es que todavía no hay un marco definido a nivel estatal de lo que significa una vivienda de consumo casi nulo, es decir, cada país comunitario debe regularlo. Al amparo de esta normativa han surgido diferentes certificados de calidad, la mayoría de organismos europeos. En estos momentos, el estándar más extendido en Europa es el Passivhaus alemán, de iniciativa privada.

Como se considera que, por muy restrictivo que fuera finalmente el estándar fijado en España para un ECCN, los edificios Passivhaus lo cumplirían con creces.

Por tanto, en este post analizaremos la eficiencia de un sándwich para muros con aislantes como corcho y lana de oveja y con madera contralaminada (CLT, Cross laminated Timber) como elemento estructural cumpliendo con los valores del estándar Passivhaus. Se parte de la premisa que se aislará sólo por el exterior del muro, es decir, con un sistema SATE (Sistema de Aislamiento por el Exterior), y que se dejará vista la madera contralaminada por el interior.

La superficie del lado interior de la madera contralaminada se deja sin revestir, es decir, sin barnizar, pintar o lasurar.

 

El Sándwich para muros de corcho + lana de oveja + CLT, se compone de dos partes principales:

  • un aislamiento térmico-acústico en dos capas: una semirrígida de corcho negro expandido de alta densidad de 160 kg/m³, y otra de paneles de lana de oveja de 30 kg/m³, entre vigas I-joist que, como montantes, son la subestructura de un revestimiento en madera,
  • y panales de madera contralaminada como elemento estructural.

Para la lana de oveja, se ha considerado el producto de Wool4build del grupo español Lerderval, en su composición Premium.

El coeficiente de conductividad térmica del corcho negro expandido es de 0,040-0,42 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 1,5 W/m²k para un espesor de 60 mm. Se presenta en forma de panel semirrígido y los cantos son a media madera.

Las propiedades físicas del corcho expandido son:

 

Densidad (kg/m³) 100-120
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1670
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0,40-0,042
Resistencia a la difusión del vapor de agua, μ 7 a 14
Comportamiento al fuego según Euroclase E-s1,d0
Energía gris para la fabricación, en MJ/Kg, para un espesor de 100 mm >45,50
Emisiones KgCO2e/Kg 1,727

Corcho negro expandido

El coeficiente de conductividad térmica de la lana de oveja es de 0,033 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 4,8485 W/m²k para un espesor de 160 mm. Se presenta en forma de panel flexible.

Las propiedades físicas de la lana de oveja son:

 

Densidad (kg/m³) 30
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1600
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0.033
Resistencia a la difusión del vapor de agua, μ 1-2
Comportamiento al fuego según Euroclase E
Energía gris para la fabricación, en MJ/Kg 43
Emisiones KgCO2e/Kg 0,624

Lana de oveja – Imagen de Wool4build

En comparación con la lana de roca y el poliuretano proyectado desde el punto de vista de la sostenibilidad:

 

  Lana de roca

de 120 kg/m³

Poliestireno extruido
Energía gris para la fabricación, en MJ/Kg, para un espesor de 100 mm 282,18 368,55
Emisiones KgCO2/Kg 18 54,40

El esquema de este sándwich es el siguiente, del exterior al interior:

1º.- Revestimiento en madera de 22 mm de espesor.

2º.- Cámara de aire de 30 mm creada por los rastreles verticales.

3º.- Una primera capa de aislamiento con paneles de corcho expandido de 60 mm de espesor. Los paneles tienen los cantos a media madera.

4º.- Membrana impermeable, traspirable y cortavientos, con un Sd variable (higrlovariable).

5º.- Una segunda capa de aislamiento con paneles flexibles lana de oveja de 160 mm de espesor entre los montantes.

6º.- Vigas I-joist como montantes verticales de 160 mm de canto con las alas de madera microlaminada (LVL) y alma de panel de fibras duras, sin puente térmico.

7ª.- Lámina reguladora de vapor con un Sd variable.

8ª.- Panel estructural de madera contralaminada (CLT) de 120 mm de grosor. Puede ser también de 100 mm. Sin revestir.

La primera capa de aislamiento se coloca como una piel continua, sin puentes térmicos. Y sobre ella se atornillan los rastreles verticales llegando hasta los montantes I-joist. Estos rastreles crean la cámara de ventilación. No obstante, el rastrel puede tener más altura si se desea una cámara más gruesa según los requisitos. En climas cálidos es de hasta 6 cm.

Los montantes I-joist se sujetan a la mampostería con los anclajes adecuados y accesorios para romper el puente térmico.

La transmitancia térmica U total de este sándwich es de 0,142 W/m²k, un valor inferior al límite de 0,15 para muros de fachadas del estándar Passivhaus.

Haciendo la comprobación de condensaciones intersticiales con el programa WUFI (Wärme und Feuchte Instationär), en las condiciones de climas extremos cálidos, es decir, mucho calor (> 36 °) y mucha humedad (> 76 %), hay pequeñas condensaciones donde la lámina de vapor.

Con este sándwich se consigue un desfase térmico de unas 14 horas en cuanto a la protección contra el calor estival.

Desde el punto de vista del aislamiento, se muestran los pros y contras de cada uno de los aislamientos:

Del aglomerado de corcho negro expandido.

Pros:

  • Muy poco higroscópico, poco hidrófilo y poco capilar.
  • Buena estabilidad dimensional y resistencia a la compresión.
  • Muy buen compromiso entre aislamiento térmico (caliente/frío) y acústico (tanto a los ruidos aéreos, atenuación de los ruidos aéreos de 30 dB con 30 mm de espesor, como de impacto). Es un aislante antivibratorio.
  • Tiene un grado de impermeabilidad relativamente alto a la penetración del aire y agua.
  • Es difícilmente combustible, actúa como un ralentizador del fuego y no desprende gases tóxicos.
  • No le atacan los insectos y los roedores.
  • Gran durabilidad.
  • El corcho negro es el corcho más ecológico. En su fabricación no se añaden aditivos químicos. Resumiendo, su proceso de fabricación: triturado, secado, aglomerado en autoclave con vapor de agua recalentado (el aglutinante es la suberina, una resina natural del corcho), enfriamiento con agua, secado, escuadrado y corte en paneles.
  • Gran resistencia a los agentes químicos.
  • Es renovable y totalmente reciclable.
  • Débil costo energético.

Contras:

  • Es caro.
  • Como el turno de descorche del alcornoque varía entre 9 y 14 años, durante 150 años, es un material de producción lenta.

De la lana de oveja.

Pros:

  • Excelente capacidad higroscópica: dotada de una gran permeabilidad al vapor de agua, la lana pura puede fijar el 35 % de su peso en agua, contra un 65 % de humedad relativa, sin parecer mojada y restituirla en el secado, sin perder sus propiedades aislantes. Con un contenido del 30 % de agua, la conductividad térmica λ se aumenta hasta el 0,0050 W/m*K, aproximadamente.
  • El constituyente principal es una proteína, la queratina. Ella posee la facultad de aprisionar una enorme cantidad de aire: un 80 % en la estructura hueca de sus fibras. Las escamas que recubren sus fibras están dispuestas a la manera de las tejas de un tejado y se adaptan permanentemente a las variaciones climáticas.
  • Muy buen aislamiento térmico.
  • Muy buen aislamiento acústico.
  • Es reciclable y renovable.
  • Débil costo energético.
  • No le atacan los insectos.
  • Ligereza y facilidad de instalación.
  • Desprovista de su grasa (eliminada en la fabricación durante el lavado y desengrasado), no se inflama más que a partir de 560° y es autoextinguible sin producir emanaciones tóxicas.
  • Es inerte, no produce polvo ni irritaciones. Y es alérgeno, no causa alergia cutánea ni respiratoria.
  • Se afirma que la lana puede mantener su resistencia térmica (valor R) durante 50 años.
  • Es relativamente barato.

Contras:

  • Debido a su débil densidad y su calor específico menos elevado que otros aislantes de base biológica, tiene un desfase térmico menor.
  • Se han añadido fibras de poliéster, menos del 15 %, para dar consistencia.
  • Se aplican diferentes tratamientos para garantizar la resistencia a insectos (a base de permetrinas, en dosis muy bajas) y mejorar el comportamiento ante el fuego (sales de boro, no tóxicas).

 

Finalmente, se exponen las ventajas e inconvenientes de este sándwich:

Ventajas:

  • Es uno de los sándwiches con aislantes de origen biológico con menor grosor en casas pasivas, entre 377-402 mm[1], gracias a la conductividad térmica de la lana de oveja Premium de Wool4build: λ = 0,033 W/m°K, la menor del mercado.
  • De manera natural, los aminoácidos de la lana se unen con y atrapan los elementos nocivos de formaldehído, óxido de nitrógeno y dióxido de azufre para un aire más limpio en los hogares. Entonces, la lana de oveja ayuda a absorber las emisiones de COV (formaldehídos, sobre todo) de la madera contralaminada que suceden en un periodo de 6 a 8 meses después de iniciada la construcción de la casa[2].
  • La condensación y la humedad es un problema importante en la forma en que se está construyendo actualmente, en relación a las envolventes de edificios cada vez más cerrados y herméticos en las casas de alto rendimiento, que pueden atrapar condensación y vapor de humedad en sistemas de pared sin ventilación adecuada. Hay un argumento para poner espumas sintéticas u otros aislantes en esos espacios, pero si se pone un aislamiento que no es permeable en un espacio donde la humedad no es evitable, ésta tiene vía libre hacia la estructura de madera. La lana de oveja es un material que puede “manejar” la humedad en sitios donde sea elevada, como en las zonas costeras. Además, parte de la estructura de la lana de oveja es una queratina que no favorece el crecimiento de mohos.
  • Gracias a la masividad de la construcción en madera contralaminada, “la madera es un buen aislante térmico y, al ser higroscópica, también puede amortiguar la humedad relativa interna de una habitación (esto podría usarse para reducir los requerimientos de calefacción). Además, durante la transición de la fase de vapor en el aire a la de agua unida en la pared celular de la madera, se produce una reacción exotérmica. Este intercambio de calor latente ha demostrado llevar a un cambio en la temperatura de la madera y este mecanismo podría contribuir positivamente al balance energético global de un edificio[3]. Las investigaciones del proyecto europeo Wood2new muestran que el cambio de temperatura superficial que se produce por adsorción y desorción es significativamente superior cuando la superficie de la madera no está revestida, es decir, pintada, barnizada o con acabados. Los resultados muestran que la temperatura superficial del abeto aumentó en 2,1 ° C como resultado de la adsorción de humedad. Se ha demostrado el potencial de ahorro de energía por el calor latente de adsorción de la madera. Es, pues, un medio para aumentar la eficiencia energética.
  • En España tenemos a varios fabricantes de madera contralaminada (Egoin, Sebastiá, etc.). Es decir, contamos con madera con menor huella de carbono.
  • Si no se desea el revestimiento exterior de madera, la capa de corcho sirve de soporte para un enlucido exterior adecuado (y permeable).
  • Con el CLT, no es necesario una barrera/freno de vapor en el lado interior en climas fríos.

Inconvenientes:

  • Antes se mencionó que este post es un ejercicio teórico. La causa es que los paneles de lana de oveja de Wool4build son de 50 mm de espesor y se necesitan 160 mm. Hay que estudiar si se pueden fabricar paneles de 160 mm…
  • El desfase térmico, de unas 14 horas, es bueno, superando el mínimo recomendable (unas 10-12 horas). Pero podría ser mejor. Con una regular capacidad de calor: 97 kJ/m2
  • En la fabricación de madera contralaminada se usan colas. Puede sustituirse por paneles de brettstapel o NLT (Nail Laminated Timber) fabricados en carpinterías locales. Hay paneles de CLT sin colas como los de Nur-Holz.
  • Los paneles CLT, por sí mismos, son impermeables al aire (en tests de laboratorios). Pero los huecos entre cada tabla de madera en el panel CLT crean rutas de flujo potenciales, las juntas aumentan a medida que la madera se seca y se rompe la madera, incluso si está pegada. Esto conlleva el uso recomendado de membranas de barrera de aire autoadhesivas en el exterior de los paneles (también valen las membranas líquidas flexibles). Usando las tradicionales membranas textiles es más difícil asegurar la hermeticidad y, por tanto, requiere una cuidadosa atención a los detalles mediante cintas de sellado, masillas selladoras, etc.

Resumiendo, es uno de los sándwiches para muros más ecológicos, con materiales locales y de probada eficacia. La lana de oveja es un aislante interesante, como dijo un fabricante francés de lana de oveja, Naturline: “Nuestros productos se han testado en animales”.

 

Puede ver la simulación 3d clicando en este enlace:

https://skfb.ly/6oNrN

Para manejar el dibujo 3D, he aquí unas sencillas instrucciones para manejarlo con el ratón:

  1. Pulsando continuamente el botón izquierdo y arrastrando, gira el dibujo en todas las direcciones,
  2. Pulsando continuamente el botón derecho y arrastrando, desplaza el dibujo en todas las direcciones,
  3. Moviendo la rueda del ratón hacia arriba o abajo, se hace zoom más o menos.

 

[1] Depende de si se consideran 95 o 120 mm de grosor de madera contralaminada. Incluso, menos, si se prescinde del revestimiento de madera y se opta por un enlucido sobre el corcho, entonces, quedaría en unos 330 o 355 mm.

[2] Véase un post anterior: Wood2new – Madera y bienestar.

[3] Véase ídem.

El estudio de ingeniería Smith and Wallwork, que participan en proyectos en madera y que enseñan en Cambridge, dio una conferencia o lección sobre la madera contralaminada. Tiene un título “sorprendente” porque compara a la CLT frente al acero y al hormigón en términos de eficiencia. También frente a otras opciones como la madera NLT o Brettstapel.

¿Es menos eficiente la CLT?

En:

http://www.smithandwallwork.com/wp-content/uploads/2013/02/SaW_Solid_Wood_Solutions_Feb_2013.pdf