5 Maderas Modificadas CIS MADEIRA FEPM

XXI Convención de la Federación Española de Pavimentos de Madera
Madera modificada: Nuevas posibilidades constructivas
Bilbao, 29 y 30 de Mayo de 2014
Manuel C. Touza Vázquez, Dr. Ingeniero de Montes
manuel.cesareo.touza.vazquez@xunta.es
La madera como material estructural
Madera : Estructura de una conífera
Estructura uniforme formada en un 90-95% por células denominadas traqueidas
CELULOSA / Tracción 1000 N/mm2
LIGNINA / Compresión 240 N/mm2
TRAQUEIDAS DE CONÍFERAS: Función conductora y de sostén.
Longitudes de entre 2-5 mm / Muy esbeltas (100).
Conocidas en el Carbonífero (300 MM años). Alcanzan su máxima
expansión (20.000 especies) durante el Jurásico (175 MM años). Los
anillos estacionales aparecen en el Cretácico (140 MM años).
Estructura de un árbol : Tejido conductor (albura) y estructural (duramen)
Fotosíntesis:
6CO2 + 6H2O + E ----> C6H12O6 + 6O2
CAMBIUM
CORTEZA
CORTEZA
INTERNA
(LIBER)
DURAMEN
ALBURA
Propiedades de la madera : Eficiencia estructural
PESO PROPIO, NIEVE
VIENTO
Material
MOE
(MN/m2)
Dens (δ)
(g/cm3)
(E)/ δ*
Energía
rigidez**
Acero
210.000
7,8
27.000
1
Titanio
120.000
4,5
27.000
13
Aluminio
73.000
2,8
26.000
4
Hormigón
15.000
2,5
6.000
0,3
Fib. de carbono
200.000
2,0
100.000
17
Madera (C-24)
11.000
0,4
27.500
0,02
(*) El diseño de numerosas estructuras está relacionado con el parámetro (E)/δ que
representa el costo en términos de peso de limitar las deformaciones globales.
(**) Energía necesaria para proporcionar una determina rigidez al conjunto de la estructura.
E0,med = 11.000 N/mm2 (C-24)
x 850
Balance de CO2 - Calentamiento global
Al menos el 60% del Cambio Climático puede atribuirse a las emisiones de CO2, consecuencia de actividades humanas,
principalmente la quema de combustibles fósiles. El empleo de madera supone una forma eficaz y sencilla de reducir las emisiones
de CO2, principal gas de efecto invernadero causante del Cambio Climático
Emisiones CO2, incluyendo efecto Sumidero de Carbono
Madera : Material biodegradable
La Madera : Diseño constructivo
Villa Katsura, Kioto, 1620
La Madera : El oficio
El Santuario japonés de Ise, es el lugar más sagrado de la religión sintoísta.
Desde el año 692, los santuarios son desmantelados y reconstruidos cada 20
años, según la creencia shintō de que la naturaleza muere y renace en un
período de veinte años. Este proceso requiere 8 años de trabajo y emplear
10.000 árboles que deben seleccionarse uno a uno.
Un ciclo de 20 años permite que intervengan tres generaciones de carpinteros;
expertos con edades en torno a 60 años, jóvenes con edades cercanas a los 40
y aprendices de unos 20 años que sólo pueden colaborar en determinados
trabajos. Gracias a este ritual, el conocimiento se transmite de generación a
generación desde el siglo VII.
Madera : Material sostenible
Posiblemente, el desarrollo más importante que se ha producido en los
materiales de construcción durante el siglo XX se debe al trabajo de los
genetistas que han logrado cultivar especies forestales que permiten
producir madera comercial en plantaciones con turnos reducidos.
Structures: Or Why Things Don't Fall Down
J. E. Gordon, 1981
Edificios residenciales en altura (nueve pisos) com estructura de madera / Edificio Stadhaus (Londres)
La madera modificada
El árbol más viejo de la tierra
Oldest Living Tree Found in Sweden
James Owen / National Geographic
News / April 14, 2008.
Ha sido descubierto en Suecia el árbol
de mayor edad del mundo.
Se trata de una picea de 4 metros de
altura, cuya porción visible no es antigua,
pero su sistema radical tiene una edad
de 9.550 años, de acuerdo a la
investigación realizada por un equipo
dirigido por Leif Kullman, profesor del
departamento de ecología y ciencias
medioambientales de la Universidad de
Umeå .
Imagen: National Geographic
Madera modificada
Fotosíntesis:
6CO2 + 6H2O + E ----> C6H12O6 + 6O2
Material higroscópico y biodegradable : Enlaces de puentes de hidrógeno
Fotosíntesis: 6CO2 + 6H2O + E ----> C6H12O6 + 6O2
Enlaces de puente de hidrógeno
Celulosa
O
H
O
O
H
O
H
H
O
H
H
O
O
H
O
H
O
H
H
H
H
H
O
O
H
H
O
H
H
H
H
O
H
O
H
O
Celulosa
O
H
O
H
O
H
O
Madera modificada
En esencia, la madera modificada es el resultado de una interacción entre la madera y un agente químico, biológico
o físico, que permite, sin adicionar un biocida, mejorar alguna de sus propiedades durante la vida de servicio del
material (Hill, 2006). Así, mientras el principal resultado de un protector tradicional es la mejora de la durabilidad de la
madera, en el caso de la madera modificada lo que se obtiene es un nuevo material con propiedades diferentes.
Imagen : Militz et al., 1997
Modificación térmica : La MaderaTermotratada
Modificación térmica : Antecedentes Históricos
Shou-sugi-ban es una técnica tradicional japonesa consistente en
quemar superficialmente madera de sugi (Cryptomeria japonica)
para relizar envolventes de madera duraderas.
Una vez quemada, se prepara la superficie de la madera con un
cepillo de puas y se aplica un aceite vegetal. La madera tratada de
esta forma puede alcanzar una durabilidad de 80 años.
Algunos arquitectos japoneses como Terunobu Fujimori emplean
habitualmente la ténica del shou-sugi-ban en sus proyectos.
Fuente : Proyectos de Terunobu Fujimori
Modificación térmica : Madera termotratada
La madera termotratada es el resultado de someter a la madera a un tratamiento térmico, con temperaturas a menudo
comprendidas entre los 180 y 260ºC, en una atmósfera inerte o con un bajo contenido en oxígeno.
La forma en la que se consigue esta atmósfera distingue las principales tecnologías disponibles. El método de tratamiento
más habitual fue desarrollado en los años 90 por el Centro Tecnológico finlandés VTT y consiste en someter a la madera a
una temperatura mínima de 180ºC en una atmósfera de vapor.
ThermoWood se comercializa empleando el método desarrollado por el VTT.
El proceso tiene lugar en tres etapas:
Fase 1 La temperatura se incrementa rápidamente hasta
unos 100ºC y, posteriormente, hasta los 130ºC. Al final
de esta fase el contenido de humedad de la madera es
casi 0.
Fase 2 La temperatura alcanza el objetivo de tratamiento
deseado (185-215ºC) y una vez alcanzado éste se
mantiene durante 2–3 horas.
Fase 3 La temperatura se reduce y, al alcanzar los 8090ºC, tiene lugar un reacondicionamiento para dejar la
madera con un contenido de humedad del 4-7%.
Fuente : International ThermoWood Association
Propiedades de la madera termotratada
La modificación térmica altera, de forma permanente, diversas propiedades de la madera. Estos cambios se deben,
principalmente, a la degradación térmica de la hemicelulosa que empieza a producirse a partir de 150ºC. A medida que la
temperatura se incrementa, se suceden nuevos cambios que afectan a las propiedades.
Los cambios experimentados por la madera son:
Fuente : International ThermoWood Association
• La hinchazón y merma de la madera disminuye
• La durabilidad natural se incrementa
• El color de la madera se oscurece
• Las resinas y extractos fluyen de la madera
• La densidad de la madera disminuye
• La humedad de equilibrio higroscópico disminuye
• El pH desciende
• La conductividad térmica mejora
• La rigidez de la madera disminuye
• Las propiedades mecánicas disminuyen
Propiedades de madera termotratada (ThermoWood)
Coníferas
Thermo-S (Stability)
Thermo – D (Durability)
Temperatura tratamiento
190ºC
212ºC
Estabilidad dimensional
(6-8% Sentido tangencial)
(5-6% Sentido tangencial)
Resistencia a la flexión
Sin cambios
Disminuye
Durabilidad (hongos de pudrición)
Clase
(Medianamente durable)
Clase 2
(Durable)
Oscurecimiento
+
++
Fuente : International ThermoWood Association
140000
Estadísticas de ThermoWood (2013)
Formada por 13 empresas
El volumen producido fué 1280.00 m3
El 45% es pino y el 48% abeto
120000
100000
80000
60000
40000
El 83% de la producción es Thermo D
20000
0
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
Aplicaciones de la madera termotratada
Fuente: Lunawood
Fuente: Finnforest
Fuente: Lunawood
Aplicaciones de la madera termotratada
Fuente: Atelier Nuno Lacerda Lopes / Fotografías: Fernando Guerra
Centro Cultural / Lérez (Pontevedra) / Arq. Jorge Pérez / 2011
Fachada elaborada con madera termotratada de pino silvestre.
Menos peso, más estabilidad y durabilidad (sin biocidas)
Montaje modular.
Consumo energético final 70 KWh/m2
Centro Cultural / Lérez (Pontevedra)
Envejecimiento natural de la madera termotratada
Envejecimiento natural del proyecto
- Diseño Constructivo
- Extractos
- Mohos
- Herrajes
Modificación química : La madera acetilada
Modificación química : Madera acetilada
En 1928 se logra acetilar madera. La primera patente es del año 1930.
En 1945 se conoce su efecto sobre la mejora de la durabilidad y estabilidad de la madera.
En 1980 se inicia la producción a pequeña escala.
En 2004 se crea una planta piloto de investigación.
En 2007 se inicia la producción industrial en Holanda.
Fuente : Accoya / Accyss
Modificación química : Madera acetilada
Julio 2006
PROPIEDAD
VALOR
Clase de durabilidad
1
Densidad
510 Kg/m3
Hum. Eq. Higrosc.
3-5%
Coef. cont. radial total
0,7%
Coef. cont tang. total
1,5%
Clase resistente
C-24
Dureza Janka
4100 N
Conduct. térmica
0,13 Wm-1K-1
Fuente : Accoya / Accyss
Pino silvestre
Madera acetilada
Alerce siberiano
Cedro rojo del Canadá
Alerce europeo
Madera termotratada
Dic - 2010
Modificación química : Madera acetilada
Fuente : Accoya / Accyss
Madera Acetilada / Moses Bridge / Holanda 2011
El puente de Moses está emplazado en el Fuerte de Roovere, el mayor fuerte rodeado por un foso de la línea
Brabant Water Line, una defensa holandesa creada a inicios del siglo XVII.
Ro & Ad Architects
Madera Acetilada / Moses Bridge / Holanda 2011
Ro & Ad Architects
Ro & Ad Architects
Madera Acetilada / Moses Bridge / Holanda 2011
Ro & Ad Architects
La Estación Marítima de Vilanova de Arousa
Estación Marítima / Vilanova de Arousa (Pontevedra) / Ángel Cid y Silvia Diz 2C Arquitectos / Junio 2012
Localización: Vilanova de Arousa, Pontevedra (España)
La Estación Marítima es un pequeño edificio (258 m2) concebido para promocionar el tráfico marítimo en las rías gallegas. La
fachada tiene una superficie de 70m2 y se desea mantener el aspecto de la madera (acabado).
Precipitación media anual: 1525 mm
Temperatura media anual: 14ºC
Orientación fachada de madera: Este
El diseño original está formado por listones de madera soportados por tablas horizontales machihembradas. Las piezas se unen
a rastreles horizontales que se fijan sobre una chapa corrugada.
Estación Marítima / Diseño Constructivo
Diseño preliminar
Opción A
Opción B
Estación Maritima / Acabado
Por motivos estéticos el acabado no debía
ocultar la veta de la madera.
Se seleccionó un acabado translúcido en un
tono roble claro.
Para incrementar su durabilidad se decidió
aplicar un acabado filmógeno.
Estación Marítima / Acabado/ Garantía ?
La durabilidad del acabado reside en conseguir una película de espesor homogéneo en la superficie de la madera.
Muchas empresas son reacias a extender una garantía porque la durabilidad de un acabado está vinculada a factores
externos difíciles de controlar.
Efecto de una arista viva
(diseño constructivo)
Efecto de cuchillas desafiladas
(Condiciones de aplicación)
Imagen: Sikkens
Estación Marítima / Diseño Definitivo
1) Evitar cualquier arista recta
2) Además de protegerlas con un
sellador, las testas de todos los
elementos se mecanizan en bisel
con un ángulo de 30º
3) El extremo superior de los listones
se protegió con un vierteaguas
metálico.
Estación Marítima / Control de Calidad
El control de calidad se centró en asegurar que el producto era aplicado siguiendo las recomendaciones de la
empresa de acabado.
Estación Marítima / Montaje
El montaje se organizó con paneles modulares evitando que ningún tornillo fuese visible desde el exterior.
Estación Marítima / Control de Calidad
Se firmó una garantía por 5 años respecto a la durabilidad del acabado.
La garantía está subordinada a una limpieza anual.
Estación Marítima / Entrega del Proyecto / Junio 2012
Estación Marítima / Primer Mantenimiento / Octubre 2013 (17 meses)
El primer mantenimiento se aplicó a los 17 meses de la entrega del proyecto y consiste en limpiar la superficie de la madera con
un detergente y aplicar un producto nutriente.
El coste de los productos empleados no supera los 50 Euros y dos trabajadores pueden realizar el trabajo en unas 3 horas.
Estación Marítima / Abril 2014 (22 meses)
Reforma del Colegio Les Carolines
Reforma Colegio “Les Carolines” / Arq. Pablo Ribera y Josean Pons / Picassent (Valencia) / Enero 2013
Reforma Colegio “Les Carolines” / Arq. Pablo Ribera y Josean Pons / Picassent (Valencia) / Enero 2013
Listones de 45x25 mm y longitudes de hasta 4,2 m.
http://www.joseanvilar.com/2013/06/escuela-de-secundaria-les-carolines/
Reforma Colegio “Les Carolines” / Arq. Pablo Ribera y Josean Pons / Picassent (Valencia) / Enero 2013
http://www.joseanvilar.com/2013/06/escuela-de-secundaria-les-carolines/
Reforma Colegio “Les Carolines” / Arq. Pablo Ribera y Josean Pons / Picassent (Valencia) / Enero 2013
http://www.joseanvilar.com/2013/06/escuela-de-secundaria-les-carolines/
Modificación química : La madera furfurilada
Madera Furfurilada
La tecnología de furfurilación es el resultado de una investigación desarrollada durante los años 80 y 90 en la
Universidad de New Brunswick. La primera planta industrial inicia su producción en enero de 2009, en
Noruega, con una capacidad de 25.000 m3.
Fuente : Kebony
Madera Furfurilada
Especies
Durabilidad
Dureza
Máx.
Densidad
MOR
MOE
Monin
mov (%)
k/m3
MPa
GPa
Arce
No durable (5)
3,7
11
610
130
11,5
Arce - Furfurilado
Muy durable (1)
6
6,7
780
130
15
Pino silvestre
Poco - Med durable (3-4)
2
8
530
91
10.9
Pino silvestre – Furf.urilado
Muy durable-Durable (1-2)
2,5-4,5
4-6
600-680
92
12-13
Pino amarillo del Sur (SYP)
Med. Durable (3) - No durable (5)
3
8-10
510
88
12,5
SYP- Furfurilado
Muy durable - Durable (1-2)
4,5
4-5
700
92
15,5
Fuente : Kebony
Madera Furfurilada
Fuente : Kebony
Tendencias en madera modificada
Tablero de fibras acetilado
En el año 2011 se inició la producción de tablero a partir de fibras
acetiladas.
Este desarrollo se considera la innovación más importante en el ámbito
de los tableros derivados de madera en los últimos 30 años.
La estabilidad del tablero y, sobre todo, su durabilidad pueden cambiar
significativamente la forma en la que los tableros de madera se han
empleado en aplicaciones de exterior.
Sus principales aplicaciones incluyen las fachadas, pavimentos,
elementos de señalización, puertas de entrada, mobiliario en
ambientes húmedos, industria de automoción y construcción naval.
Fuente : Medite / Tricoya
Tableros contralaminados de madera modificada térmicamente
Fuente : Binder Holz / Welham Studios
Madera Modificada de especies locales : Pino radiata del País Vasco
Fuente : Thermogenik
Madera modificada de frondosas : Fresno termotratado
Fuente : Thermory
Innovación : Resbaladicidad
Fuente : Lunawood / Finnforests
CIS-Madera : Exposición de muestras de madera modificada
Segunda generación de productos de madera modificada térmicamente
Los productos Q-Treat (Quartz-treated) son tratados con
una solución de silicato sódico y, posteriormente,
termotratados.
El efecto del silicato sódico incrementa la durabilidad, la
dureza y la resistencia al fuego. Por el contrario, afecta
negativamente a la estabilidad de la madera.
Combinando las condiciones de ambos tratamientos es
posible obtener productos con propiedades específicas
según el uso demandado.
Fuente : Stora Enso / Q-Treat
La imaginación…
Oficinas de Microsoft
Fuente: Microsoft
Memorial de la batalla del 5 de mayo, Puebla (México)
Memorial de la Batalla del 5 de mayo, Puebla (México) / 6500 m 2
Fuente : Thermory
Pista de baile al exterior en Copenhague.
Pista de baile exterior en un parque de Dinamarca, elaborada con un entablado (machihembrado) de madera acetilada.
Las tablas tienen una anchura de 185 mm y 1 mm de separación.
Club náutico juvenil / Copenhague_2004
1700 m2 de madera / 2 edificios de 316 y 120 m2
Fuente : Plot Arkitekter
Club náutico juvenil l / Copenhague_2004
Fuente : Plot Arkitekter
Plazas en altura ?
3000 m2 de madera
Cine exterior, cafetería, conciertos...
Fuente : Plot Arkitekter
Muchas gracias por su atención