Madera de ingeniería
Gama de productos derivados de la madera diseñados para un rendimiento estructural uniforme y predecible.

Gran tejado autoportante de madera construido para la Expo 2000 en Hannover, Alemania

La madera artificial , también llamada madera en masa , madera compuesta , madera artificial o tablero manufacturado , incluye una gama de productos derivados de la madera que se fabrican uniendo o fijando las hebras, partículas, fibras o chapas o tableros de madera, junto con adhesivos u otros métodos de fijación [1] para formar material compuesto . Los paneles varían en tamaño, pero pueden llegar a medir más de 64 por 8 pies (19,5 por 2,4 m) y, en el caso de la madera laminada cruzada (CLT), pueden tener un grosor de unas pocas pulgadas a 16 pulgadas (410 mm) o más. [2] Estos productos están diseñados según especificaciones de diseño precisas, que se prueban para cumplir con los estándares nacionales o internacionales y proporcionar uniformidad y previsibilidad en su rendimiento estructural. Los productos de madera artificial se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde la construcción de viviendas hasta edificios comerciales y productos industriales. [3] Los productos se pueden utilizar para viguetas y vigas que reemplazan al acero en muchos proyectos de construcción. [4] El término madera maciza describe un grupo de materiales de construcción que pueden reemplazar a los conjuntos de hormigón. [5]

Por lo general, los productos de madera industrializada se fabrican a partir de las mismas maderas duras y blandas que se utilizan para fabricar madera aserrada . Los restos de aserraderos y otros desechos de madera se pueden utilizar para la madera industrializada compuesta de partículas o fibras de madera, pero los troncos enteros se utilizan generalmente para las chapas, como la madera contrachapada , los tableros de fibra de densidad media (MDF) o los tableros de partículas . Algunos productos de madera industrializada, como los tableros de virutas orientadas (OSB), pueden utilizar árboles de la familia de los álamos , una especie común pero no estructural.

Compuesto de madera y plástico , un tipo de madera de ingeniería

Como alternativa, también es posible fabricar bambú artificial similar a partir de bambú; y productos celulósicos artificiales similares a partir de otros materiales que contienen lignina , como paja de centeno , paja de trigo , paja de arroz , tallos de cáñamo , tallos de kenaf o residuos de caña de azúcar , en cuyo caso no contienen madera real sino fibras vegetales .

Los muebles en paquete plano generalmente están hechos de madera sintética debido a sus bajos costos de fabricación y su bajo peso.

Tipos de productos

Productos de madera de ingeniería en una tienda Home Depot

Existe una amplia variedad de productos de madera industrializada para aplicaciones tanto estructurales como no estructurales. Esta lista no es exhaustiva y tiene como objetivo ayudar a categorizar y distinguir entre los diferentes tipos de madera industrializada.

Paneles a base de madera

Los paneles a base de madera están hechos de fibras, escamas, partículas, chapas, astillas, aserrín, losas, polvo de madera, hebras u otros derivados de la madera mediante un proceso de unión con adhesivos. [6] [7] Los paneles estructurales de madera son una colección de productos de paneles planos, ampliamente utilizados en la construcción de edificios para revestimientos, cubiertas, gabinetes y carpintería, y muebles. Los ejemplos incluyen madera contrachapada y tableros de virutas orientadas (OSB). Los paneles a base de madera no estructurales son productos de paneles planos, utilizados en aplicaciones de construcción no estructural y muebles. Los paneles no estructurales generalmente están cubiertos con pintura, chapa de madera o papel de resina en su forma final. Los ejemplos incluyen tableros de fibra y tableros de partículas . [8]

Madera contrachapada

El contrachapado , un panel estructural de madera, a veces se denomina el producto de madera de ingeniería original. [9] El contrachapado se fabrica a partir de láminas de chapa laminada cruzada y se une mediante calor y presión con adhesivos duraderos y resistentes a la humedad. Al alternar la dirección de la veta de las chapas de una capa a otra, o "orientarlas de forma cruzada", se maximizan la resistencia y la rigidez del panel en ambas direcciones. Otros paneles de madera estructural incluyen tableros de virutas orientadas y paneles compuestos estructurales. [10]

Tablero de virutas orientadas

El tablero de virutas orientadas (OSB) es un panel estructural de madera fabricado a partir de hebras de madera de forma rectangular que se orientan longitudinalmente y luego se disponen en capas, se colocan en esteras y se unen con adhesivos resistentes a la humedad y curados con calor. Las capas individuales se pueden orientar de forma cruzada para proporcionar resistencia y rigidez al panel. Al igual que la madera contrachapada, la mayoría de los paneles OSB se entregan con más resistencia en una dirección. Las hebras de madera en la capa más externa de cada lado del tablero normalmente están alineadas en la dirección más fuerte del tablero. Las flechas en el producto a menudo identificarán la dirección más fuerte del tablero (la altura o la dimensión más larga, en la mayoría de los casos). Producido en esteras enormes y continuas, el OSB es un producto de panel sólido de calidad constante sin solapamientos, huecos ni vacíos. [11] El OSB se entrega en varias dimensiones, resistencias y niveles de resistencia al agua.

En la construcción de edificios, a menudo se utilizan indistintamente OSB y madera contrachapada.

Fibra vulcanizada

Los tableros de fibra de densidad media (MDF) y los tableros de fibra de alta densidad ( tableros duros o HDF) se fabrican descomponiendo residuos de madera dura o blanda en fibras de madera, combinándolos con cera y un aglutinante de resina, y formando paneles aplicando alta temperatura y presión. [12] El MDF se utiliza en aplicaciones no estructurales.

Tablero de partículas

Los tableros de partículas se fabrican a partir de virutas de madera, virutas de aserradero o incluso serrín , y una resina sintética u otro aglutinante adecuado, que se prensa y extruye. [13] Una investigación publicada en 2017 mostró que se pueden producir tableros de partículas duraderos a partir de productos de desecho agrícola, como cáscara de arroz o cáscara de maíz de guinea. [14] Los tableros de partículas son más baratos, más densos y más uniformes que la madera convencional y el contrachapado y se los sustituye cuando el costo es más importante que la resistencia y la apariencia. Una desventaja importante de los tableros de partículas es que son muy propensos a la expansión y decoloración debido a la humedad, particularmente cuando no están cubiertos con pintura u otro sellador. Los tableros de partículas se utilizan en aplicaciones no estructurales.

Madera compuesta estructural

La madera compuesta estructural (SCL) es una clase de materiales fabricados con capas de chapas, hebras o láminas adheridas con adhesivos. A diferencia de los paneles estructurales de madera, los productos de madera compuesta estructural generalmente tienen todas las fibras de grano orientadas en la misma dirección. La familia SCL de productos de madera de ingeniería se utiliza comúnmente en las mismas aplicaciones estructurales que la madera aserrada y la madera de construcción convencionales, incluidas vigas, cabezales, vigas, viguetas, tablas de borde, montantes y columnas. [15] Los productos SCL tienen una mayor estabilidad dimensional y mayor resistencia en comparación con los productos de madera convencionales.

Chapa laminada

La madera laminada enchapada (LVL) se produce uniendo láminas de madera delgadas en un tocho grande, similar a la madera contrachapada. La veta de todas las láminas en el tocho de LVL es paralela a la dirección longitudinal (a diferencia de la madera contrachapada). El producto resultante presenta propiedades mecánicas mejoradas y estabilidad dimensional que ofrecen una gama más amplia de ancho, profundidad y longitud del producto que la madera convencional.

De hebras paralelas

La madera de hebras paralelas (PSL) consiste en hebras de chapa largas dispuestas en paralelo y unidas entre sí con un adhesivo para formar la sección estructural terminada. La relación longitud-espesor de las hebras en PSL es de aproximadamente 300. Es un material fuerte y consistente, tiene una gran capacidad de soportar cargas y es resistente a las tensiones de secado, por lo que es muy adecuado para su uso como vigas y columnas para la construcción de postes y vigas, y para vigas, cabezales y dinteles para la construcción de armazones livianos. [15]

Hebra laminada

La madera laminada en hebras (LSL) y la madera orientada en hebras (OSL) se fabrican a partir de hebras de madera laminada que tienen una alta relación longitud-espesor. Combinadas con un adhesivo, las hebras se orientan y se forman en una gran estera o tocho y se prensan. La LSL y la OSL ofrecen una buena resistencia a la sujeción de los sujetadores y un buen rendimiento de los conectores mecánicos y se utilizan comúnmente en una variedad de aplicaciones, como vigas, cabezales, montantes, tableros de borde y componentes de carpintería . La LSL se fabrica a partir de hebras relativamente cortas, normalmente de alrededor de 1 pie (0,30 m) de largo, en comparación con las hebras de 2 a 8 pies de largo (0,61–2,44 m) utilizadas en la PSL. [16] La relación longitud-espesor de las hebras es de aproximadamente 150 para la LSL y 75 para la OSL. [15]

Vigas en I

Las vigas en I son elementos estructurales en forma de "Ɪ" diseñados para su uso en la construcción de pisos y techos. Una viga en I consta de bridas superiores e inferiores de varios anchos unidas con almas de varias profundidades. Las bridas resisten tensiones de flexión comunes y el alma proporciona un rendimiento de corte . [17] Las vigas en I están diseñadas para soportar cargas pesadas a largas distancias mientras se utiliza menos madera que una viga de madera maciza dimensional del tamaño necesario para realizar la misma tarea. A partir de 2005, aproximadamente la mitad de todos los pisos con estructura de madera liviana se enmarcaron con vigas en I. [ cita requerida ]

Madera en masa

La madera maciza, también conocida como madera de ingeniería, es una clase de componentes estructurales de madera de gran tamaño para la construcción de edificios. Los componentes de madera maciza están hechos de madera o chapas unidas con adhesivos o sujetadores mecánicos. Ciertos tipos de madera maciza, como la madera laminada con clavos y la madera laminada con pegamento, existen desde hace más de cien años. [18] La madera maciza gozó de una creciente popularidad a partir de 2012, debido a la creciente preocupación por la sostenibilidad de los materiales de construcción y el interés en la prefabricación, la construcción fuera del sitio y la modularización, para las que la madera maciza es muy adecuada. Los diversos tipos de madera maciza comparten la ventaja de tiempos de construcción más rápidos, ya que los componentes se fabrican fuera del sitio y se terminan previamente a dimensiones exactas para una fijación sencilla en el sitio. [19] Se ha demostrado que la madera maciza tiene propiedades estructurales competitivas con el acero y el hormigón, lo que abre la posibilidad de construir edificios grandes y altos con madera. Pruebas exhaustivas han demostrado las propiedades naturales de resistencia al fuego de la madera maciza, principalmente debido a la creación de una capa de carbón alrededor de una columna o viga que evita que el fuego llegue a las capas internas de madera. [2] En reconocimiento del demostrado desempeño estructural y de resistencia al fuego de la madera en masa, el Código Internacional de Construcción , un código modelo que constituye la base de muchos códigos de construcción de América del Norte , adoptó nuevas disposiciones en el ciclo de código de 2021 que permiten el uso de madera en masa en construcciones de gran altura de hasta 18 pisos. [20] [21]

Madera laminada cruzada

La madera laminada cruzada (CLT) es un panel multicapa versátil hecho de madera. Cada capa de tableros se coloca perpendicularmente a las capas adyacentes para aumentar la rigidez y la resistencia. [22] Es relativamente nueva y está ganando popularidad dentro de la industria de la construcción, ya que se puede utilizar para grandes luces y todos los conjuntos, por ejemplo, pisos, paredes o techos. [22] [23]

Madera laminada encolada

La madera laminada encolada (glulam) se compone de varias capas de madera dimensional pegadas entre sí con adhesivos resistentes a la humedad, creando un elemento estructural grande y resistente que se puede utilizar como columnas verticales o vigas horizontales. La madera laminada encolada también se puede producir en formas curvas, lo que ofrece una gran flexibilidad de diseño. [23]

Madera laminada con espigas

La madera laminada con espigas (DLT), a veces denominada Brettstapel , es una madera sobre madera. El mayor beneficio de este método es que no se necesita pegamento ni metal, [23] eliminando así los COV (como el formaldehído ) asociados con los adhesivos para madera utilizados en la mayoría de las demás maderas industriales.

Similar al CLT , el DLT utiliza un patrón laminado cruzado con maderas blandas , pero en lugar de adhesivos para madera para fijar las maderas en su lugar, se perforan agujeros verticalmente o en un ángulo de 45° y se colocan clavijas de 15 a 20 mm hechas de madera dura seca o madera densificada (como la comprimida térmicamente ) entre las maderas. [24]

A medida que la clavija de madera dura absorbe la humedad de la madera blanda para alcanzar un contenido de humedad de equilibrio, se expande hacia la madera circundante, creando una conexión y "bloqueándolas" entre sí mediante fricción. Las clavijas se pueden secar (por ejemplo, a través de un horno ) antes de colocarlas, para maximizar su expansión. [25]

Madera laminada clavada

La madera laminada clavada (NLT) es un producto de madera en masa que consiste en tablas paralelas sujetadas con clavos. [26] Se puede utilizar para crear pisos, techos, paredes y huecos de ascensor dentro de un edificio. [23] Es uno de los tipos de madera en masa más antiguos, y se utilizó en la construcción de almacenes durante la Revolución Industrial . Al igual que DLT, no se utilizan adhesivos químicos y las fibras de madera están orientadas en la misma dirección.

Pisos de madera de ingeniería

Los pisos de madera de ingeniería son un tipo de producto para pisos, similar a los pisos de madera dura, hechos de capas de madera o de compuestos a base de madera laminadas entre sí. Las tablas del piso generalmente se fresan con un perfil machihembrado en los bordes para lograr una unión uniforme entre las tablas.

Lámina

La lámina es la capa frontal de la madera que queda visible al instalarla. Normalmente, se trata de una pieza de madera aserrada. La madera se puede cortar de tres formas diferentes: aserrada a lo ancho, aserrada en cuartos y aserrada a lo largo.

Tipos de núcleo/sustrato

  1. Construcción con capas de madera ("núcleo sándwich"): utiliza múltiples capas delgadas de madera adheridas entre sí. La veta de la madera de cada capa corre perpendicular a la capa que se encuentra debajo. La estabilidad se logra mediante el uso de capas delgadas de madera que tienen poca o ninguna reacción al cambio climático. La madera se estabiliza aún más debido a que se ejerce una presión uniforme a lo largo y a lo ancho desde las capas que corren perpendiculares entre sí.
  2. Construcción con núcleo dentado: los pisos de madera de ingeniería con núcleo dentado están hechos de pequeñas piezas de madera fresada que corren perpendicularmente a la capa superior (láminas) de madera. Pueden ser de 2 o 3 capas, según el uso previsto. Si es de tres capas, la tercera capa suele ser de madera contrachapada que corre paralela a las láminas. La estabilidad se obtiene a través de las vetas que corren perpendicularmente entre sí, y la expansión y contracción de la madera se reducen y se relegan a la capa del medio, lo que evita que el piso se ahueque o se ahueque.
  3. Tablero de fibras: El núcleo está formado por tableros de fibras de densidad media o alta. Los suelos con núcleo de tablero de fibras son higroscópicos y nunca deben exponerse a grandes cantidades de agua o a una humedad muy alta: la expansión causada por la absorción de agua combinada con la densidad del tablero de fibras hará que pierda su forma. El tablero de fibras es más económico que la madera y puede emitir niveles más elevados de gases nocivos debido a su contenido relativamente alto de adhesivo.
  4. Una construcción de suelos de ingeniería que es popular en algunas partes de Europa es la de láminas de madera dura, un núcleo de madera blanda colocado perpendicularmente a la lámina y una capa de soporte final de la misma madera noble utilizada para la lámina. A veces se utilizan otras maderas nobles para la capa posterior, pero deben ser compatibles. Muchos consideran que este es el tipo de suelos de ingeniería más estable.

Otros tipos de madera modificada

En los últimos años se han introducido nuevas técnicas en el campo de la madera artificial. [ ¿ cuándo? ] La madera natural se está transformando en laboratorios mediante diversos tratamientos químicos y físicos para lograr propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y de conducción personalizadas, influyendo en la estructura de la madera.

Madera densificada

La madera densificada se puede fabricar utilizando una prensa mecánica en caliente para comprimir las fibras de madera, a veces en combinación con la modificación química de la madera. Se ha demostrado que estos procesos aumentan la densidad en un factor de tres. [27] Se espera que este aumento de la densidad mejore la resistencia y la rigidez de la madera en una cantidad proporcional. [28] Los estudios publicados en 2018 [29] combinaron procesos químicos con métodos tradicionales de prensa mecánica en caliente. Estos procesos químicos descomponen la lignina y la hemicelulosa que se encuentran naturalmente en la madera. Después de la disolución, las hebras de celulosa que quedan se comprimen mecánicamente en caliente. En comparación con el aumento de tres veces en la resistencia observado solo con el prensado en caliente, se ha demostrado que la madera procesada químicamente produce una mejora de 11 veces. Esta resistencia adicional proviene de los enlaces de hidrógeno formados entre las nanofibras de celulosa alineadas.

La madera densificada poseía propiedades de resistencia mecánica equivalentes a las del acero utilizado en la construcción de edificios, lo que abrió la puerta a aplicaciones de madera densificada en situaciones en las que la madera de resistencia normal fallaría. Desde el punto de vista medioambiental, la madera requiere significativamente menos dióxido de carbono para su producción que el acero. [30]

La madera densificada con resina sintética es madera densificada impregnada con resina, también conocida como compreg . Por lo general, se utiliza resina fenólica como resina de impregnación para impregnar y laminar capas de madera contrachapada . A veces, las capas no se impregnan antes de la laminación. También es posible impregnar virutas de madera para producir componentes de madera prensada moldeada.

Madera deslignificada

La eliminación de lignina de la madera tiene otras aplicaciones, además de proporcionar ventajas estructurales. La deslignificación altera las propiedades y funciones mecánicas, térmicas, ópticas, fluídicas e iónicas de la madera natural y es un enfoque eficaz para regular sus propiedades térmicas, ya que elimina el componente de lignina, conductor térmico, al tiempo que genera una gran cantidad de nanoporos en las paredes celulares que ayudan a reducir el cambio de temperatura. La madera deslignificada refleja la mayor parte de la luz incidente y tiene un color blanco. [31] [32] La madera blanca (también conocida como nanomadera ) tiene una alta neblina de reflexión, así como una alta emisividad en las longitudes de onda infrarrojas . Estas dos características generan un efecto de enfriamiento radiativo pasivo , con un poder de enfriamiento promedio de53 W⋅m −2 durante un período de 24 horas, [32] lo que significa que esta madera no "absorbe" calor y, por lo tanto, solo emite el calor incrustado en ella. [33] Además, la madera blanca no solo posee una conductividad térmica menor que la madera natural, y tiene un mejor rendimiento térmico que la mayoría de los materiales aislantes disponibles comercialmente . [31] La modificación de la estructura mesoporosa de la madera es responsable de los cambios en el rendimiento de la madera. [31] [34]

La madera blanca también puede someterse a un proceso de compresión, similar al proceso mencionado para la madera densificada, lo que aumenta su rendimiento mecánico en comparación con la madera natural (8,7 veces mayor en resistencia a la tracción y 10 veces mayor en tenacidad). [32] Las ventajas térmicas y estructurales de la nanomadera la convierten en un material atractivo para la construcción de edificios energéticamente eficientes. [34] Sin embargo, los cambios realizados en las propiedades estructurales de la madera, como el aumento de la porosidad estructural y las nanofibrillas de celulosa parcialmente aisladas , dañan la robustez mecánica del material. Para abordar este problema, se han propuesto varias estrategias, una de las cuales es densificar aún más la estructura y otra utilizar la reticulación . Otras sugerencias incluyen la hibridación de la madera natural con otras partículas orgánicas y polímeros para mejorar su rendimiento de aislamiento térmico . [31]

Madera moldeable

Utilizando técnicas de modificación química similares a las de la madera densificada químicamente, la madera puede volverse extremadamente moldeable utilizando una combinación de deslignificación y tratamiento de choque de agua. Esta es una tecnología emergente y aún no se utiliza en procesos industriales. Sin embargo, las pruebas iniciales muestran ventajas prometedoras en la mejora de las propiedades mecánicas, y la madera moldeada exhibe una resistencia comparable a la de algunas aleaciones metálicas. [35]

Compuestos de madera transparentes

Los compuestos de madera transparentes son materiales nuevos, actualmente [¿ cuándo? ] fabricados sólo a escala de laboratorio, que combinan transparencia y rigidez a través de un proceso químico que reemplaza compuestos que absorben la luz, como la lignina , con un polímero transparente. [36]

Beneficios ambientales

La construcción de edificios nuevos tiene una gran demanda debido al crecimiento de la población mundial. Sin embargo, los principales materiales utilizados en la actualidad en la construcción de edificios nuevos son el acero y el hormigón . La fabricación de estos materiales genera emisiones comparativamente altas de dióxido de carbono (CO2 ) a la atmósfera. La madera artificial tiene el potencial de reducir las emisiones de carbono si reemplaza al acero y/o al hormigón en la construcción de edificios. [37] [38]

En 2014, la producción de acero y cemento representó alrededor de 1320 megatoneladas (Mt) de CO2 y 1740 Mt de CO2 respectivamente , lo que representó alrededor del 9% de las emisiones globales de CO2 ese año. [39] En un estudio que no tuvo en cuenta el potencial de secuestro de carbono de la madera artificial, se encontró que aproximadamente 50 Mt de CO2e ( dióxido de carbono equivalente [a] ) podrían eliminarse para 2050 con la adopción total de un sistema de construcción híbrido que utilice madera artificial y acero. [41] Al considerar los efectos adicionales que el secuestro de carbono puede tener durante la vida útil del material, las reducciones de emisiones de la madera artificial son aún más sustanciales, ya que la madera laminada que no se incinera al final de su ciclo de vida absorbe alrededor de 582 kg de CO2 / m3 , mientras que el hormigón armado emite 458 kg de CO2 / m3 y el acero 12,087 kg de CO2 / m3 . [42]

No existe un consenso sólido para medir el potencial de secuestro de carbono de la madera. En la evaluación del ciclo de vida, el carbono secuestrado a veces se denomina carbono biogénico. La norma ISO 21930, que rige la evaluación del ciclo de vida, exige que el carbono biogénico de un producto de madera solo se pueda incluir como un insumo negativo (es decir, secuestro de carbono) cuando el producto de madera se originó en un bosque gestionado de forma sostenible. Esto generalmente significa que la madera debe estar certificada por el FSC o el SFI para calificar como secuestradora de carbono. [43]

Ventajas

Los productos de madera industrializada se utilizan de diversas maneras, a menudo en aplicaciones similares a los productos de madera maciza :

  • La madera en masa es liviana, lo que permite manipularla, fabricarla y transportarla fácilmente, lo que contribuye a que sea rentable y fácil de usar en la obra. [44]
  • El MT ofrece mayor resistencia y rigidez (basándose en su relación resistencia-peso), mayor estabilidad dimensional y uniformidad en las estructuras que la madera maciza. [44]
  • En comparación con los edificios de acero y hormigón, los edificios construidos con MT utilizan hasta un 15% menos de energía debido a la menor energía necesaria para crear estos productos de madera. [44]
  • Los edificios de MT ahorran en promedio entre un 20 y un 25 % en tiempo en comparación con los edificios convencionales de acero y hormigón y un 4,2 % en costes de capital. [44]
  • Los productos MT secuestran carbono y lo almacenan en su interior durante su vida útil. Su uso en lugar de hormigón y acero en los edificios reducirá las emisiones incorporadas en los mismos. [23]
  • El uso de MT tiene un ahorro estimado de alrededor del 20% en carbono incorporado en comparación con el acero o el hormigón. Esto se debe a que el MT es mucho más liviano en comparación con estos dos materiales, por lo que es menos intensivo para la maquinaria transportarlo tanto al sitio como una vez entregado. [23]
  • Los productos MT pueden proporcionar altos niveles de hermeticidad y bajos coeficientes de conductividad térmica, lo que significa que el aire del interior no puede escapar y el calor no se pierde fácilmente. [23]
  • Los edificios construidos con hormigón armado tienen un muy buen desempeño en caso de eventos sísmicos porque tienen aproximadamente la mitad de masa y la mitad de rigidez en comparación con los edificios de hormigón armado. La rigidez reducida permite que los edificios construidos con hormigón armado sean dúctiles y resistan la distorsión lateral sin comprometer la integridad estructural del edificio. [23]
  • El MT es resistente al fuego hasta cierto punto. Aunque se lo considera un material combustible, el MT se quema lentamente y de manera predecible. Cuando se quema, se forma una capa carbonizada en el exterior que protege las capas internas del material. Sin embargo, si la capa carbonizada se desprende, las capas internas quedarán expuestas, lo que puede comprometer la integridad del material. [23]

Ventajas por tipo de producto:

  • CLT: Ofrece alta estabilidad dimensional, alta resistencia y rigidez y es fácil de fabricar. [23]
  • Madera laminada encolada : ofrece alta resistencia y rigidez, es estructuralmente eficiente y se puede fabricar en formas complejas. [23]
  • NLT: No requiere ningún equipo especializado para su fabricación, es rentable y fácil de manipular. [23]
  • DLT: ofrece una alta estabilidad dimensional, es fácil y seguro de fabricar y no requiere sujetadores metálicos ni adhesivos. [23]
  • SCL: Es capaz de soportar mayores cargas en comparación con la madera maciza y no es propenso a encogerse, agrietarse o deformarse. [23]

Los productos de madera industrializada pueden ser preferibles a la madera maciza en algunas aplicaciones debido a ciertas ventajas comparativas:

  • Dado que la madera industrializada es artificial, se puede diseñar para cumplir con los requisitos de rendimiento específicos de la aplicación. Las formas y dimensiones requeridas no determinan los requisitos del árbol de origen (largo o ancho del árbol).
  • Los productos de madera de ingeniería son versátiles y están disponibles en una amplia variedad de espesores, tamaños, grados y clasificaciones de durabilidad por exposición, lo que hace que los productos sean ideales para su uso en una cantidad ilimitada de aplicaciones en proyectos industriales, domésticos y de construcción. [45]
  • Los productos de madera industrializada están diseñados y fabricados para maximizar las características naturales de resistencia y rigidez de la madera. Los productos son muy estables y algunos ofrecen mayor resistencia estructural que los materiales de construcción de madera típicos. [46]
  • La madera laminada encolada ( glulam ) tiene mayor resistencia y rigidez que la madera dimensional comparable y, libra por libra, es más fuerte que el acero. [3]
  • Los paneles de madera de ingeniería son fáciles de trabajar con herramientas comunes y habilidades básicas. Se pueden cortar, perforar, fresar, unir, pegar y fijar. La madera contrachapada se puede doblar para formar superficies curvas sin pérdida de resistencia. Los tamaños grandes de los paneles aceleran la construcción al reducir la cantidad de piezas que se deben manipular e instalar. [45]
  • Los productos de madera de ingeniería son un uso más eficiente de la madera, ya que pueden fabricarse a partir de madera con defectos, especies subutilizadas o piezas de madera más pequeñas, lo que también permite el uso de árboles más pequeños [47].
  • Las cerchas de madera son competitivas en muchas aplicaciones de techos y pisos, y su alta relación resistencia-peso permite grandes luces, ofreciendo flexibilidad en los diseños de pisos. [48]
  • Los defensores del diseño sustentable recomiendan utilizar madera industrial, que se puede producir a partir de árboles relativamente pequeños, en lugar de grandes piezas de madera maciza dimensional , que requieren cortar un árbol grande. [16]

Desventajas

  • Al igual que la madera maciza, cuando se expone a condiciones de alta humedad o termitas, se producirán biodeterioros y/o descomposición por hongos que reducirán la integridad estructural y la durabilidad del producto de madera; esencialmente, la madera comenzará a pudrirse. [44]
  • Posible deforestación generalizada sin un plan de gestión forestal sostenible. [23]
  • Los edificios MT son susceptibles a las oscilaciones provocadas por el viento debido a la relativa flexibilidad del material MT, lo que puede causar incomodidad a las personas en el edificio. [23]

Desventajas por tipo de producto:

  • CLT y Glulam: más costosos que la madera maciza. [23]
  • NLT: Es un proceso que requiere mucha mano de obra y que puede dar lugar a errores humanos. [23]
  • DLT: Tamaño y espesor de panel limitados. [23]
  • SCL: Tamaño y espesor de panel limitados; más adecuado para edificios de poca altura. [23]

En comparación con la madera maciza prevalecen las siguientes desventajas:

  • Requieren más energía primaria para su fabricación que la madera maciza. [49]
  • Los adhesivos utilizados en algunos productos pueden provocar emisiones nocivas. Un problema con algunas resinas es la liberación de formaldehído en el producto terminado, que suele observarse en productos unidos con urea y formaldehído . [49]

Propiedades

La madera contrachapada y el OSB suelen tener una densidad de 560 a 640 kg/m3 ( 35 a 40 lb/pie cúbico). Por ejemplo, el revestimiento de madera contrachapada de 9,5 mm ( 3 ⁄ 8  in) o el revestimiento OSB suelen tener una densidad superficial de 4,9 a 5,9 kg/m2 ( 1 a 1,2 lb/pie cuadrado). [50] Muchas otras maderas industriales tienen densidades mucho más altas que el OSB.

Adhesivos

Los tipos de adhesivos utilizados en la madera de ingeniería incluyen: [51] [52]

Un término más amplio es el de compuestos estructurales . Por ejemplo, el revestimiento de fibrocemento está hecho de cemento y fibra de madera, mientras que el tablero de cemento es un panel de cemento de baja densidad, a menudo con resina añadida, revestido con una malla de fibra de vidrio .

Preocupaciones de salud

Aunque el formaldehído es un ingrediente esencial del metabolismo celular en los mamíferos , los estudios han vinculado la inhalación prolongada de gases de formaldehído con el cáncer. Se ha descubierto que los compuestos de madera de ingeniería emiten cantidades potencialmente dañinas de gas formaldehído de dos formas: formaldehído libre sin reaccionar y la descomposición química de los adhesivos de resina. Cuando se añaden cantidades excesivas de formaldehído a un proceso, el excedente no tendrá ningún aditivo con el que unirse y puede filtrarse del producto de madera con el tiempo. Los adhesivos baratos de urea-formaldehído (UF) son en gran medida responsables de las emisiones de resina degradada. La humedad degrada las moléculas débiles de UF, lo que da como resultado emisiones de formaldehído potencialmente dañinas. McLube ofrece agentes desmoldantes y selladores de platina diseñados para aquellos fabricantes que utilizan adhesivos de UF y melamina-formaldehído con formaldehído reducido. Muchos fabricantes de OSB y madera contrachapada utilizan fenol-formaldehído (PF) porque el fenol es un aditivo mucho más eficaz. El fenol forma una unión resistente al agua con el formaldehído que no se degrada en entornos húmedos. No se ha descubierto que las resinas PF planteen riesgos significativos para la salud debido a las emisiones de formaldehído. Si bien el PF es un excelente adhesivo, la industria de la madera de ingeniería ha comenzado a cambiar hacia aglutinantes de poliuretano como pMDI para lograr una resistencia al agua, una fuerza y ​​una eficiencia de proceso aún mayores. Los pMDI también se utilizan ampliamente en la producción de espumas de poliuretano rígidas y aislantes para refrigeración. Los pMDI superan a otros adhesivos de resina, pero son notoriamente difíciles de liberar y provocan acumulaciones en las superficies de las herramientas. [53]

Fijaciones mecánicas

Algunos productos de madera de ingeniería, como DLT, NLT y algunas marcas de CLT, se pueden ensamblar sin el uso de adhesivos mediante sujetadores mecánicos o carpintería. Estos pueden ir desde tableros con uniones entrelazadas perfiladas, [54] [55] fijaciones de metal patentadas, clavos o clavijas de madera. [56]

Códigos y normas de construcción

A lo largo de los años, la madera maciza se ha utilizado en la construcción y el Código Internacional de Construcción (IBC) ha ido añadiendo y adoptando códigos para crear normas sobre su uso y manipulación adecuados. Por ejemplo, en 2015, la madera contralaminada (CLT) se incorporó al IBC. [37] El IBC de 2021 es la última edición de los códigos de construcción y ha añadido tres nuevos códigos sobre construcción con material de madera. Los tres nuevos tipos de construcción son los siguientes: IV-A, IV-B y IV-C, y permiten el uso de madera maciza en edificios de hasta 18, 12 y nueve plantas respectivamente. [57]

Las siguientes normas de desempeño técnico están relacionadas con los productos de madera de ingeniería:

  • EN 300 - Tableros de virutas orientadas (OSB): definiciones, clasificación y especificaciones
  • EN 309 - Tableros de partículas - Definición y clasificación
  • EN 338 - Madera estructural - Clases de resistencia
  • EN 386 - Madera laminada encolada: requisitos de rendimiento y requisitos mínimos de producción
  • EN 313-1 - Madera contrachapada. Clasificación y terminología. Parte 1: Clasificación.
  • EN 313-2 - Madera contrachapada. Clasificación y terminología. Parte 2: Terminología.
  • EN 314-1 - Madera contrachapada. Calidad de unión. Parte 1: Métodos de ensayo.
  • EN 314-2 - Madera contrachapada. Calidad de unión. Parte 2: Requisitos
  • EN 315 - Madera contrachapada: tolerancias para las dimensiones
  • EN 387 - Madera laminada encolada: juntas dentadas grandes: requisitos de rendimiento y requisitos mínimos de producción
  • EN 390 - Madera laminada encolada - Dimensiones - Desviaciones admisibles
  • EN 391 - Madera laminada encolada: ensayo de corte de las líneas de cola
  • EN 392 - Madera laminada encolada - Ensayo de corte de líneas de cola
  • EN 408 - Estructuras de madera. Madera estructural y madera laminada encolada. Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas.
  • EN 622-1 - Tableros de fibra — Especificaciones — Parte 1: Requisitos generales
  • EN 622-2 - Tableros de fibra — Especificaciones — Parte 2: Requisitos para tableros duros
  • EN 622-3 - Tableros de fibras — Especificaciones — Parte 3: Requisitos para tableros medianos
  • EN 622-4 - Tableros de fibras — Especificaciones — Parte 4: Requisitos para tableros blandos
  • EN 622-5 - Tableros de fibra. Especificaciones. Parte 5: Requisitos para tableros de proceso en seco (MDF).
  • EN 1193 - Estructuras de madera. Madera estructural y madera laminada encolada. Determinación de la resistencia al corte y de las propiedades mecánicas perpendiculares a la fibra.
  • EN 1194 - Estructuras de madera - Madera laminada encolada - Clases de resistencia y determinación de valores característicos
  • EN 1995-1-1 - Eurocódigo 5: Diseño de estructuras de madera — Parte 1-1: Generalidades — Reglas comunes y reglas para edificios
  • EN 12369-1 - Paneles a base de madera. Valores característicos para el diseño estructural. Parte 1: OSB, tableros de partículas y tableros de fibra.
  • EN 12369-2 - Paneles a base de madera. Valores característicos para el diseño estructural. Parte 2: Madera contrachapada.
  • EN 12369-3 - Paneles a base de madera. Valores característicos para el diseño estructural. Parte 3: Paneles de madera maciza.
  • EN 14080 - Estructuras de madera. Madera laminada encolada. Requisitos.
  • EN 14081-1 - Estructuras de madera - Madera estructural clasificada por resistencia con sección transversal rectangular - Parte 1: Requisitos generales

Las siguientes reglas de categoría de producto se pueden utilizar para crear declaraciones ambientales de productos de madera industrializada:

  • EN 15804 - Sostenibilidad de las obras de construcción - Declaraciones ambientales de productos - Normas básicas para la categoría de productos de construcción
  • EN 16485 - Madera en rollo y aserrada - Declaraciones ambientales de producto - Normas de categoría de producto para madera y productos derivados de la madera destinados a la construcción (PCR complementaria a EN 15804)
  • ISO 21930 - Sostenibilidad en edificación y obras de ingeniería civil - Normas básicas para declaraciones ambientales de productos y servicios de construcción

Ejemplos de estructuras de madera maciza

Raspadores de plástico

Los rascacielos de madera son edificios que están hechos en parte o en su totalidad de madera. Se han construido muchos rascacielos de madera en todo el mundo, entre ellos el edificio Ascent MKE y el edificio Stadthaus . [58]

El edificio Ascent MKE se construyó en 2022 en Milwaukee , Wisconsin, y es el edificio de gran altura que utiliza diferentes componentes de madera maciza en combinación con algo de acero y hormigón. Este rascacielos de madera tiene 87 metros de altura y 25 pisos. [59]

El edificio Stadthaus es un edificio residencial construido en 2009 en Hackney, Londres . Tiene 9 plantas y alcanza los 30 metros de altura. Utiliza paneles CLT como muros de carga y "losas" de piso. [60]

El edificio Black & White es un edificio de oficinas que se terminó de construir en 2023 en Shoreditch , Londres. Tiene 6 pisos y alcanza los 17,8 metros de altura. Utiliza paneles CLT, muro cortina de madera laminada encolada y columnas y vigas de LVL. [61]

En 2022, más de 84 edificios de madera maciza de al menos ocho pisos estaban en construcción o se habían completado en todo el mundo, y muchos otros proyectos estaban en fase de planificación. Sus beneficios ambientales y su apariencia distintiva impulsan el creciente interés en la construcción con madera maciza. [62]

Puentes

El puente Mistissini, construido en Quebec , Canadá, en 2014, es un puente de 160 metros de largo que cuenta con vigas de madera laminada encolada y paneles de CLT. El puente fue diseñado para cruzar el paso de Uupaachikus. [63]

El puente peatonal sobre el río Placer, construido en Alaska (Estados Unidos) en 2013, tiene una longitud de 85 metros y está ubicado en el Bosque Nacional Chugach . Este puente está hecho de madera laminada encolada, ya que se utilizó para crear las cerchas. [63]

Estructuras de estacionamiento

El estacionamiento Glenwood CLT en Springfield, Oregon , será un garaje de 19.100 metros cuadrados (206.000 pies cuadrados) que contará con CLT. Tendrá 4 pisos de altura y albergará 360 espacios de estacionamiento. Sin embargo, el estacionamiento está en construcción a partir de diciembre de 2022 [actualizar]y aún no se conoce el año de finalización. [64]

Véase también

Notas

  1. ^ El dióxido de carbono equivalente (CO 2 e) es una forma de medir el potencial de calentamiento global de múltiples gases de efecto invernadero utilizando una unidad común. 1 kg de emisiones de metano , por ejemplo, tiene el mismo potencial de calentamiento global que 25 kg de emisiones de CO 2 , por lo que 1 kg de emisiones de metano se puede informar como 25 kg de CO 2 e. [40]

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  • Productos de madera de ingeniería del Consejo Canadiense de la Madera
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