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Madera de ingeniería

Gran techo autoportante de madera construido para la Expo 2000 en Hannover, Alemania. La madera de ingeniería , también llamada madera maciza , madera compuesta , madera artific...

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

La madera de ingeniería , también llamada madera maciza , madera compuesta , madera artificial o tablero manufacturado , incluye una gama de productos derivados de la madera que se fabrican mediante la unión o fijación de hebras, partículas, fibras, chapas o tablas de madera, junto con adhesivos u otros métodos de fijación [ 1 ] para formar un material compuesto . Los paneles varían en tamaño, pero pueden alcanzar hasta 19,5 x 2,4 m (64 x 8 pies ) y, en el caso de la madera laminada cruzada (CLT), pueden tener cualquier espesor desde unas pocas pulgadas hasta 410 mm (16 pulgadas) o más. [ 2 ] Estos productos se diseñan según especificaciones precisas, que se prueban para cumplir con las normas nacionales o internacionales y proporcionan uniformidad y previsibilidad en su rendimiento estructural. Los productos de madera de ingeniería 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 en masa describe un grupo de materiales de construcción que pueden reemplazar los conjuntos de hormigón. [ 5 ] Estos productos a base de madera suelen someterse a una clasificación mecánica para ser evaluados y categorizados según su resistencia mecánica y su idoneidad para aplicaciones específicas.  

Por lo general, los productos de madera de ingeniería se fabrican con las mismas maderas duras y blandas que se utilizan para la producción de madera aserrada . Los restos de aserradero y otros desechos de madera pueden utilizarse para la fabricación de madera de ingeniería compuesta de partículas o fibras de madera, pero los troncos enteros se suelen utilizar para chapas, como el contrachapado , el tablero de fibra de densidad media (MDF) o el aglomerado . Algunos productos de madera de ingeniería, como el tablero de virutas orientadas (OSB), pueden utilizar árboles de la familia del álamo , 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 desmontables suelen estar fabricados con madera artificial debido a sus bajos costes de fabricación y su escaso peso.

Tipos de productos

Productos de madera de ingeniería en una tienda Home Depot.

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

Paneles a base de madera

Los paneles a base de madera se fabrican a partir de fibras, escamas, partículas, chapas , virutas, serrín, tablones, polvo de madera, hebras, laminados u otros derivados de la madera mediante un proceso de unión con adhesivos. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Los paneles estructurales de madera son una colección de productos de paneles planos, ampliamente utilizados en la construcción para revestimientos, cubiertas, ebanistería y carpintería, y muebles. Ejemplos incluyen el contrachapado y el tablero de virutas orientadas (OSB). Los paneles no estructurales a base de madera son productos de paneles planos, utilizados en aplicaciones de construcción no estructurales y  muebles. Los paneles no estructurales generalmente se cubren con pintura, chapa de madera o papel de resina en su forma final. Ejemplos incluyen el tablero de fibra y el tablero de partículas . [ 9 ]

Madera contrachapada

El contrachapado , un panel estructural de madera, a veces se denomina el producto de madera de ingeniería original. [ 10 ] El contrachapado se fabrica a partir de láminas de chapa laminada cruzada y unidas 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 «orientación cruzada», se maximiza la resistencia y rigidez del panel en ambas direcciones. Otros paneles estructurales de madera incluyen tableros de virutas orientadas y paneles compuestos estructurales. [ 11 ]

Tablero de virutas orientadas

El tablero de virutas orientadas (OSB) es un panel estructural de madera fabricado a partir de virutas rectangulares orientadas longitudinalmente y dispuestas en capas, apiladas en esteras y unidas con adhesivos resistentes a la humedad y curados al calor. Las capas individuales pueden orientarse transversalmente para proporcionar resistencia y rigidez al panel. Al igual que el contrachapado, la mayoría de los paneles OSB se entregan con mayor resistencia en una dirección. Las virutas de madera en la capa más externa de cada lado del tablero normalmente se alinean en la dirección más resistente del tablero. Las flechas en el producto suelen identificar la dirección más resistente del tablero (la altura o la dimensión más larga, en la mayoría de los casos). Producido en grandes esteras continuas, el OSB es un producto de panel sólido de calidad uniforme, sin solapamientos, huecos ni vacíos. [ 12 ] El OSB se entrega en varias dimensiones, resistencias y niveles de resistencia al agua.

En la construcción de edificios, los tableros OSB y los tableros contrachapados se utilizan a menudo indistintamente.

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, combinándolas con cera y un aglutinante de resina, y formando paneles mediante la aplicación de alta temperatura y presión. [ 13 ] El MDF se utiliza en aplicaciones no estructurales.

Tablero de partículas

El tablero de partículas se fabrica a partir de virutas de madera, restos de aserradero o incluso serrín , y una resina sintética u otro aglutinante adecuado, que se prensa y extruye. [ 14 ] Una investigación publicada en 2017 mostró que se puede producir tablero de partículas duradero a partir de residuos agrícolas, como cáscara de arroz o cáscara de sorgo. [ 15 ] El tablero de partículas es más barato, más denso y más uniforme que la madera y el contrachapado convencionales y se utiliza como sustituto cuando el costo es más importante que la resistencia y la apariencia. Una desventaja importante del tablero de partículas es que es muy propenso a la expansión y la decoloración debido a la humedad, particularmente cuando no está cubierto con pintura u otro sellador. El tablero de partículas se utiliza 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 unidas con adhesivos. A diferencia de los paneles estructurales de madera, los productos de madera compuesta estructural generalmente tienen todas las fibras orientadas en la misma dirección. La familia de productos de madera de ingeniería SCL se utiliza comúnmente en las mismas aplicaciones estructurales que la madera aserrada convencional, incluyendo vigas, dinteles, viguetas, listones de borde, montantes y columnas. [ 16 ] Los productos SCL tienen mayor estabilidad dimensional y mayor resistencia en comparación con los productos de madera convencionales.

Chapa laminada

La madera laminada enchapada (LVL) se produce mediante la unión de finas chapas de madera en un bloque grande, similar al contrachapado. La veta de todas las chapas en el bloque de LVL es paralela a la dirección longitudinal (a diferencia del contrachapado). El producto resultante presenta propiedades mecánicas mejoradas y una mayor estabilidad dimensional que ofrece una gama más amplia de ancho, profundidad y longitud que la madera convencional.

Cadena paralela

La madera de hebras paralelas (PSL) se compone de largas hebras de chapa dispuestas en paralelo y unidas con un adhesivo para formar la sección estructural terminada. La relación longitud-espesor de las hebras en la PSL es de aproximadamente 300. Es un material resistente y uniforme, con una alta capacidad de carga y resistente a las tensiones de secado, por lo que resulta idóneo para su uso como vigas y columnas en construcciones de postes y vigas, y para vigas, dinteles y cabeceros en construcciones de entramado ligero. [ 16 ]

Hilo laminado

La madera laminada de hebras (LSL) y la madera orientada de hebras (OSL) se fabrican a partir de hebras de madera descascarilladas con una alta relación longitud-espesor. Combinadas con un adhesivo, las hebras se orientan y se forman en una gran lámina o bloque, que luego se prensa. La LSL y la OSL ofrecen una buena resistencia a la sujeción de fijaciones y un buen rendimiento como conectores mecánicos, y se utilizan comúnmente en diversas aplicaciones, como vigas, dinteles, montantes, tableros de borde y componentes de carpintería . La LSL se fabrica a partir de hebras relativamente cortas, generalmente de aproximadamente 1 pie (0,30 m) de longitud, en comparación con las hebras de 2 a 8 pies (0,61 a 2,44 m) utilizadas en la PSL. [ 17 ] La relación longitud-espesor de las hebras es de aproximadamente 150 para la LSL y de 75 para la OSL. [ 16 ]  

vigas en I

Las vigas en I son elementos estructurales con forma de " I " diseñados para su uso en la construcción de pisos y techos. Una viga en I consta de alas superior e inferior de diferentes anchos unidas por almas de diferentes profundidades. Las alas resisten las tensiones de flexión comunes, y el alma proporciona resistencia al corte . [ 18 ] Las vigas en I están diseñadas para soportar cargas pesadas a lo largo de grandes distancias, utilizando menos madera que una viga de madera maciza dimensional del tamaño necesario para realizar la misma tarea. En 2004, aproximadamente el 81% de todos los pisos de madera con estructura ligera se construyeron utilizando vigas en I. [ 19 ]

Madera maciza

La madera laminada, también conocida como madera de ingeniería, es una clase de grandes componentes estructurales de madera para la construcción de edificios. Los componentes de madera laminada están hechos de madera o chapas unidas con adhesivos o fijaciones mecánicas. Ciertos tipos de madera laminada, como la madera laminada con clavos y la madera laminada con pegamento, existen desde hace más de cien años. [ 20 ] La madera laminada gozó de 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 de obra y la modularización, para las cuales la madera laminada es muy adecuada. Los diversos tipos de madera laminada comparten la ventaja de tiempos de construcción más rápidos, ya que los componentes se fabrican fuera de obra y se preacaban a dimensiones exactas para una fijación sencilla en obra. [ 21 ] Se ha demostrado que la madera laminada tiene propiedades estructurales comparables a las del acero y el hormigón, lo que abre la posibilidad de construir grandes edificios altos de madera. Pruebas exhaustivas han demostrado las propiedades naturales de resistencia al fuego de la madera laminada , principalmente debido a la creación de una capa carbonizada alrededor de una columna o viga que impide que el fuego alcance las capas internas de la madera. [ 2 ] En reconocimiento del probado desempeño estructural y contra incendios de la madera laminada, el Código Internacional de la Construcción , un código modelo que constituye la base de muchos códigos de construcción norteamericanos , adoptó nuevas disposiciones en el ciclo de códigos de 2021 que permiten el uso de madera laminada en la construcción de edificios de gran altura de hasta 18 pisos. [ 22 ] [ 23 ] 

Madera laminada cruzada

La madera laminada cruzada (CLT) es un panel multicapa versátil fabricado con madera. Cada capa de tablas se coloca perpendicularmente a las capas adyacentes para aumentar la rigidez y la resistencia. [ 24 ] Es relativamente nueva y está ganando popularidad en la industria de la construcción, ya que se puede utilizar para grandes luces y todo tipo de estructuras, como pisos, paredes o techos. [ 24 ] [ 25 ]

Madera laminada encolada

La madera laminada encolada (glulam) se compone de varias capas de madera dimensional unidas con adhesivos resistentes a la humedad, creando un elemento estructural grande y robusto que puede utilizarse como columnas verticales o vigas horizontales. La madera laminada encolada también puede fabricarse en formas curvas, lo que ofrece una gran flexibilidad de diseño. [ 25 ]

Madera laminada con espigas

La madera laminada con espigas (DLT), a veces denominada Brettstapel , es una madera unida a otra madera.  La mayor ventaja de este método es que no se necesita pegamento ni metal, [ 25 ] eliminando así los COV (como el formaldehído ) asociados con los adhesivos para madera utilizados en la mayoría de las demás maderas de ingeniería.

De forma similar al CLT , el DLT utiliza un patrón de laminado cruzado con maderas blandas , pero en lugar de adhesivos para madera para fijar las piezas, se perforan agujeros verticalmente o en un ángulo de 45°, y se colocan espigas de 15-20 mm hechas de madera dura seca o madera densificada (como la termocomprimida ) entre las piezas. [ 26 ]

A medida que la espiga de madera dura absorbe la humedad de la madera blanda hasta alcanzar un contenido de humedad de equilibrio, se expande dentro de la madera circundante, creando una conexión y uniéndolas mediante fricción. Las espigas se pueden secar (por ejemplo, en un horno ) antes de su colocación para maximizar su expansión. [ 27 ]

Madera laminada con clavos

La madera laminada con clavos (NLT) es un producto de madera maciza que consiste en tablas paralelas unidas con clavos. [ 28 ] Se puede utilizar para crear pisos, techos, paredes y huecos de ascensores dentro de un edificio. [ 25 ] Es uno de los tipos más antiguos de madera maciza, utilizado en la construcción de almacenes durante la Revolución Industrial . Al igual que la DLT, no se utilizan adhesivos químicos y las fibras de la madera están orientadas en la misma dirección.

Suelos de madera de ingeniería

Los suelos de madera de ingeniería son un tipo de revestimiento, similar a los suelos de madera maciza, compuesto por capas de madera o de un material compuesto a base de madera laminadas entre sí. Las tablas suelen tener un perfil machihembrado en los bordes para garantizar una unión uniforme entre ellas.

Lámina

La lámina es la capa superficial de la madera que queda visible una vez instalada. Generalmente, se trata de una pieza de madera aserrada. La madera se puede cortar de tres maneras diferentes: tangencial, radial y veteada.

Tipos de núcleo/sustrato

  1. Construcción de madera contrachapada ("núcleo sándwich"): Utiliza múltiples capas delgadas de madera adheridas entre sí. La veta de cada capa es perpendicular a la de la capa inferior. La estabilidad se logra mediante el uso de capas delgadas de madera que reaccionan mínimamente a los cambios climáticos. La madera se estabiliza aún más gracias a la presión uniforme que ejercen las capas perpendiculares entre sí, tanto a lo largo como a lo ancho.
  2. Construcción con núcleo dentado: Los pisos de madera de ingeniería con núcleo dentado están hechos de pequeñas piezas de madera aserrada que se extienden perpendicularmente a la capa superior (lámina). Pueden ser de 2 o 3 capas, según su uso previsto. Si son de 3 capas, la tercera capa suele ser de madera contrachapada que se extiende paralelamente a la lámina. La estabilidad se logra gracias a que las vetas se extienden perpendicularmente entre sí, y la expansión y contracción de la madera se reducen y se concentran en la capa intermedia, evitando que el piso se abra o se curve.
  3. Tablero de fibra: El núcleo está compuesto de tablero de fibra de densidad media o alta. Los suelos con núcleo de tablero de fibra son higroscópicos y nunca deben exponerse a grandes cantidades de agua ni a una humedad muy elevada; la expansión causada por la absorción de agua, combinada con la densidad del tablero, provocará que este pierda su forma. El tablero de fibra es menos costoso que la madera y puede emitir mayores niveles de gases nocivos debido a su contenido relativamente alto de adhesivo.
  4. Un tipo de suelo multicapa popular en algunas partes de Europa consiste en láminas de madera dura, un núcleo de madera blanda colocado perpendicularmente a las láminas y una capa de soporte final de la misma madera noble utilizada para las láminas. En ocasiones se utilizan otras maderas nobles para la capa de soporte, siempre que sean compatibles. Muchos consideran que este es el tipo de suelo multicapa más estable.

Otros tipos de madera modificada

En el campo de la madera de ingeniería se han introducido técnicas que incluyen la transformación de la madera natural en laboratorios mediante tratamientos químicos y/o físicos para lograr propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y de conductividad a medida.

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. [ 29 ] Se espera que este aumento de densidad mejore la resistencia y rigidez de la madera en una cantidad proporcional. [ 30 ] Estudios publicados en 2018 [ 31 ] combinaron procesos químicos con métodos tradicionales de prensado mecánico 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 resistencia de tres veces 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 una resistencia mecánica comparable a la del acero utilizado en la construcción, ampliando sus posibles aplicaciones más allá de las de la madera tradicional. Además, tiene una menor huella ambiental que el acero, ya que requiere significativamente menos dióxido de carbono para su producción. [ 32 ] InventWood , una empresa emergente con sede en Maryland , está desarrollando una versión comercial de madera densificada, denominada SuperWood. La compañía planea comenzar una producción limitada en 2025, centrándose inicialmente en aplicaciones para fachadas de edificios. [ 33 ]

La madera densificada con resina sintética es madera densificada impregnada con resina, también conocida como comprig . Generalmente se utiliza resina fenólica como resina de impregnación para impregnar y laminar las capas de madera contrachapada . En ocasiones, 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 la lignina de la madera tiene varias otras aplicaciones, además de proporcionar ventajas estructurales. La deslignificación altera las propiedades y funciones mecánicas, térmicas, ópticas, fluidicas e iónicas de la madera natural y es un enfoque eficaz para regular sus propiedades térmicas, ya que elimina el componente de lignina térmicamente conductor, 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 aparece de color blanco. [ 34 ] [ 35 ] La madera blanca (también conocida como nanomadera ) tiene una alta turbidez de reflexión, así como una alta emisividad en las longitudes de onda infrarrojas . Estas dos características generan un efecto de enfriamiento radiativo pasivo , con una potencia de enfriamiento promedio de53  W⋅m −2 durante un período de 24 horas, [ 35 ] lo que significa que esta madera no "absorbe" calor y por lo tanto solo emite el calor incrustado en ella. [ 36 ] Además, la madera blanca no solo posee una conductividad térmica menor que la madera natural, sino que tiene un mejor rendimiento térmico que la mayoría de los materiales aislantes disponibles comercialmente . [ 34 ] La modificación de la estructura mesoporosa de la madera es responsable de los cambios en el rendimiento de la madera. [ 34 ] [ 37 ]

La madera blanca también puede someterse a un proceso de compresión, similar al 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). [ 35 ] Las ventajas térmicas y estructurales de la nanomadera la convierten en un material atractivo para la construcción de edificios energéticamente eficientes. [ 37 ] 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 consiste en densificar aún más la estructura y otra en 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 . [ 34 ]

Madera moldeable

Utilizando técnicas de modificación química similares a las de la madera densificada químicamente, se puede lograr una gran maleabilidad de la madera mediante una combinación de deslignificación y tratamiento con agua de choque. Esta es una tecnología emergente que 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 presenta una resistencia comparable a la de algunas aleaciones metálicas. [ 38 ]

compuestos de madera transparentes

Los compuestos de madera transparentes son nuevos materiales que, desde 2020, se fabrican a escala de laboratorio y que combinan transparencia y rigidez mediante un proceso químico que reemplaza los compuestos que absorben la luz, como la lignina , con un polímero transparente. [ 39 ]

Beneficios ambientales

La construcción de edificios nuevos tiene una gran demanda debido al crecimiento de la población mundial. Sin embargo, los principales materiales utilizados actualmente son el acero y el hormigón . La fabricación de estos materiales genera emisiones relativamente altas de dióxido de carbono ( CO₂ ) a la atmósfera. La madera de ingeniería tiene el potencial de reducir las emisiones de carbono si reemplaza al acero y/o al hormigón en la construcción de edificios. [ 40 ] [ 41 ]

En 2014, la producción de acero y cemento representó aproximadamente 1320 megatoneladas (Mt) de CO₂ y 1740 Mt de CO₂ respectivamente, lo que representó aproximadamente el 9% de las emisiones globales de CO₂ de ese año. [ 42 ] En un estudio que no tuvo en cuenta el potencial de secuestro de carbono de la madera de ingeniería, se encontró que aproximadamente 50 Mt de CO₂e ( equivalente de dióxido de carbono ) podrían eliminarse para 2050 con la adopción completa de un sistema de construcción híbrido que utilice madera de ingeniería y acero. [ 43 ] 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 de ingeniería 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 . [ 44 ]     

No existe un consenso sólido sobre cómo 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 provenga de un bosque gestionado de forma sostenible. Esto generalmente significa que la madera debe estar certificada por FSC o SFI para poder considerarse secuestradora de carbono. [ 45 ]

Ventajas

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

  • La madera laminada (MT) es ligera, lo que permite manipularla, fabricarla y transportarla con facilidad. Esto contribuye a que sea rentable y fácil de usar en obra. [ 46 ]
  • MT ofrece mayor resistencia y rigidez (en función de su relación resistencia-peso), mayor estabilidad dimensional y uniformidad en las estructuras que la madera maciza. [ 46 ]
  • En comparación con los edificios de acero/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. [ 46 ]
  • Los edificios MT ahorran en promedio entre un 20 y un 25 % en tiempo en comparación con los edificios convencionales de acero/hormigón y un 4,2 % en costo de capital. [ 46 ]
  • Los productos MT capturan carbono y lo almacenan en su interior durante su vida útil. Su uso en lugar de hormigón y acero en la construcción reducirá las emisiones incorporadas en los edificios. [ 25 ]
  • El uso de MT supone 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 ligero que estos dos materiales, por lo que su transporte, tanto a la obra como una vez entregado, requiere menos maquinaria. [ 25 ]
  • 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. [ 25 ]
  • Los edificios construidos con MT se comportan muy bien en 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 MT sean dúctiles y resistan la deformación lateral sin comprometer la integridad estructural del edificio. [ 25 ]
  • El MT es resistente al fuego hasta cierto punto. Aunque se considera un material combustible, arde lentamente y de forma predecible. Al quemarse, se forma una capa carbonizada en el exterior que protege las capas internas del material. Sin embargo, si esta capa carbonizada se desprende, las capas internas quedan expuestas, lo que puede comprometer la integridad del material. [ 25 ]

Ventajas por tipo de producto:

  • CLT: Ofrece alta estabilidad dimensional, alta resistencia y rigidez, y es fácil de fabricar. [ 25 ]
  • Glulam : Ofrece alta resistencia y rigidez, es estructuralmente eficiente y puede fabricarse en formas complejas. [ 25 ]
  • NLT: No requiere ningún equipo especializado para su fabricación, es rentable y fácil de manejar. [ 25 ]
  • DLT: Ofrece alta estabilidad dimensional, es fácil y seguro de fabricar, y no requiere sujetadores metálicos ni adhesivos. [ 25 ]
  • SCL: Es capaz de soportar cargas mayores en comparación con la madera maciza y no es propenso a encogerse, agrietarse o deformarse. [ 25 ]

En algunas aplicaciones, los productos de madera de ingeniería pueden preferirse a la madera maciza debido a ciertas ventajas comparativas:

  • Dado que la madera de ingeniería es un producto artificial, puede diseñarse para cumplir con los requisitos de rendimiento específicos de cada aplicación. Las formas y dimensiones requeridas no determinan los requisitos del árbol de origen (longitud o anchura 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 a la exposición, lo que los hace ideales para su uso en un número ilimitado de aplicaciones en proyectos de construcción, industriales y domésticos. [ 47 ]
  • Los productos de madera de ingeniería están diseñados y fabricados para maximizar las características naturales de resistencia y rigidez de la madera. Estos productos son muy estables y algunos ofrecen mayor resistencia estructural que los materiales de construcción de madera convencionales. [ 48 ]
  • La madera laminada encolada ( glulam ) tiene mayor resistencia y rigidez que la madera aserrada dimensional comparable y, libra por libra, es más resistente que el acero. [ 3 ]
  • Los paneles de madera de ingeniería son fáciles de trabajar con herramientas comunes y habilidades básicas. Se pueden cortar, taladrar, fresar, unir, pegar y fijar. El contrachapado se puede doblar para formar superficies curvas sin perder resistencia. Los paneles de gran tamaño aceleran la construcción al reducir la cantidad de piezas que se deben manipular e instalar. [ 47 ]
  • 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 [ 49 ].
  • Las cerchas de madera son competitivas en muchas aplicaciones de techos y pisos, y su alta relación resistencia-peso permite grandes luces que ofrecen flexibilidad en la distribución de los pisos. [ 50 ]
  • Los defensores del diseño sostenible recomiendan utilizar madera de ingeniería, 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. [ 17 ]

Desventajas

  • Al igual que la madera maciza, cuando se expone a condiciones de alta humedad o termitas, se producen biodeterioros y/o descomposición por hongos que reducen la integridad estructural y la durabilidad del producto de madera; esencialmente, la madera comienza a pudrirse. [ 46 ]
  • Posible deforestación generalizada sin un plan de gestión forestal sostenible. [ 25 ]
  • Los edificios MT son susceptibles a la oscilación provocada por el viento debido a la relativa flexibilidad del material MT, lo que puede causar molestias a las personas que se encuentran en el edificio. [ 25 ]

Desventajas por tipo de producto:

  • CLT y Glulam: Más costosos que la madera maciza. [ 25 ]
  • NLT: Requiere mucha mano de obra para su elaboración y presenta potencial de error humano. [ 25 ]
  • DLT: Dimensiones y espesor de panel limitados. [ 25 ]
  • SCL: Tamaño y espesor de panel limitados; más adecuado para edificios de poca altura. [ 25 ]

En comparación con la madera maciza, predominan las siguientes desventajas:

  • Requieren más energía primaria para su fabricación que la madera maciza. [ 51 ]
  • Los adhesivos utilizados en algunos productos pueden generar emisiones nocivas. Una preocupación con algunas resinas es la liberación de formaldehído en el producto final, que se observa con frecuencia en productos unidos con urea-formaldehído . [ 51 ]

Propiedades

El contrachapado y el OSB suelen tener una densidad de 560–640 kg/m³ ( 35–40 lb/pie³ ) . Por ejemplo, un revestimiento de contrachapado de 9,5 mm ( 3/8 pulg . ) o de OSB suele tener una densidad superficial de 4,9–5,9 kg/m² ( 1–1,2 lb/pie² ) . Muchos otros tipos de madera de ingeniería tienen densidades mucho mayores que el OSB.       

Adhesivos

Los tipos de adhesivos utilizados en la madera de ingeniería incluyen: [ 6 ] [ 52 ]

Un término más inclusivo 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 malla de fibra de vidrio .

Problemas de salud

Si bien el formaldehído es un componente esencial del metabolismo celular en los mamíferos , diversos estudios han relacionado 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 formaldehído de dos maneras: 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 tiene ningún aditivo con el que unirse y puede filtrarse del producto de madera con el tiempo. Los adhesivos de urea-formaldehído (UF) baratos son en gran parte responsables de las emisiones de resina degradada. La humedad degrada las débiles moléculas de UF, lo que resulta en emisiones de formaldehído potencialmente dañinas. McLube ofrece agentes desmoldantes y selladores de placas diseñados para aquellos fabricantes que utilizan adhesivos de UF con formaldehído reducido y adhesivos de melamina-formaldehído. 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 ambientes húmedos. No se ha encontrado que las resinas PF representen riesgos significativos para la salud debido a las emisiones de formaldehído. Si bien el PF es un adhesivo excelente, la industria de la madera de ingeniería ha comenzado a inclinarse hacia los aglutinantes de poliuretano como el pMDI para lograr una mayor resistencia al agua, mayor resistencia mecánica y mayor eficiencia en el proceso. 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 despegar y provocan acumulación en las superficies de las herramientas. [ 53 ]

sujetadores mecánicos

Algunos productos de madera de ingeniería, como DLT, NLT y algunas marcas de CLT, se pueden ensamblar sin el uso de adhesivos mediante fijaciones mecánicas o uniones. Estas pueden incluir tableros perfilados entrelazados, [ 54 ] [ 55 ] fijaciones metálicas patentadas, clavos o espigas de madera. [ 56 ]

códigos y normas de construcción

A lo largo de los años, la madera laminada se ha utilizado en la construcción, y se han añadido y adoptado códigos al Código Internacional de la Construcción (IBC) para establecer normas para su uso y manipulación adecuados. Por ejemplo, en 2015, la madera laminada encolada (CLT) se incorporó al IBC. [ 40 ] El IBC de 2021 es la edición más reciente de los códigos de construcción y ha añadido tres nuevos códigos relativos a la construcción con madera. Los tres nuevos tipos de construcción son IV-A, IV-B y IV-C, y permiten el uso de madera laminada en edificios de hasta 18, 12 y 9 plantas, respectivamente. [ 57 ]

Las siguientes normas de rendimiento 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 - Contrachapado — Clasificación y terminología Parte 1: Clasificación
  • EN 313-2 - Contrachapado — Clasificación y terminología Parte 2: Terminología
  • EN 314-1 - Contrachapado — Calidad de la unión — Parte 1: Métodos de ensayo
  • EN 314-2 - Contrachapado — Calidad de la unión — Parte 2: Requisitos
  • EN 315 - Contrachapado — Tolerancias dimensionales
  • EN 387 - Madera laminada encolada — uniones dentadas grandes - requisitos de rendimiento y requisitos mínimos de producción
  • EN 390 - Madera laminada encolada — dimensiones - desviaciones permitidas
  • EN 391 - Madera laminada encolada: ensayo de cizallamiento de las líneas de encolado
  • EN 392 - Madera laminada encolada — Ensayo de cizallamiento de las líneas de encolado
  • 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 fibra — Especificaciones — Parte 3: Requisitos para tableros de espesor medio
  • EN 622-4 - Tableros de fibra — 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 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: Contrachapado
  • 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 de sección rectangular clasificada por resistencia - Parte 1: Requisitos generales

Las siguientes reglas de categoría de producto pueden utilizarse para crear declaraciones ambientales de producto para productos de madera de ingeniería:

  • EN 15804 - Sostenibilidad de las obras de construcción - Declaraciones ambientales de producto - Reglas básicas para la categoría de productos de construcción
  • EN 16485 - Madera en rollo y aserrada - Declaraciones ambientales de producto - Reglas de categoría de producto para madera y productos derivados de la madera para uso en la construcción (complementarias a la norma EN 15804)
  • ISO 21930 - Sostenibilidad en edificios y obras de ingeniería civil - Reglas básicas para las declaraciones ambientales de productos y servicios de construcción.

Ejemplos de estructuras de madera maciza

raspadores de madera

Entre 1942 y 1943, se construyeron 17 hangares para dirigibles en Estados Unidos con madera, ya que, debido a la escasez provocada por la guerra, no había acero disponible para su construcción.

Los plyscrapers son rascacielos construidos parcial o totalmente con madera. En todo el mundo se han construido muchos plyscrapers diferentes, entre ellos el edificio Ascent MKE , Mjostarnet en Noruega y el edificio Stadthaus . [ 58 ]

El edificio Ascent MKE se construyó en 2022 en Milwaukee , Wisconsin, y es el rascacielos más alto que utiliza diferentes componentes de madera laminada en combinación con acero y hormigón. Este rascacielos tiene 87 metros de altura y 25 plantas. [ 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 cuya estructura se completó en 2023 en Shoreditch , Londres. Tiene 6 plantas y alcanza los 17,8 metros de altura. Utiliza paneles CLT, muro cortina de madera laminada encolada y columnas y vigas LVL. [ 61 ]

En 2022, más de 84 edificios de madera laminada de al menos ocho pisos de altura estaban en construcción o terminados en todo el mundo, con numerosos proyectos más en fase de planificación. Sus beneficios ambientales y su aspecto distintivo impulsan el creciente interés en la construcción con madera laminada. [ 62 ]

Puentes

El puente Mistissini, construido en Quebec , Canadá, en 2014, es un puente de 160 metros de longitud que cuenta con vigas de madera laminada encolada y paneles de madera contralaminada (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 (280 pies) y está ubicado en el Bosque Nacional Chugach . Este puente está construido con madera laminada encolada, material utilizado para la fabricación de las cerchas. [ 63 ] 

Estructuras de estacionamiento

El estacionamiento Glenwood CLT en Springfield, Oregón , tendrá una superficie de 19 100 metros cuadrados (206 000 pies cuadrados ) y contará con estructura de madera contralaminada (CLT). Contará con cuatro plantas y 360 plazas de aparcamiento. Actualmente, la construcción del estacionamiento está en marcha desde diciembre de 2022.   y aún se desconoce el año de finalización. [ 64 ]

Véase también

Referencias

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