La madera laminada cruzada ( CLT ) es una subcategoría de productos de paneles de madera de ingeniería [1] fabricados a partir de pegar entre sí al menos tres capas [2] de madera aserrada sólida (es decir, madera cortada de un solo tronco). [3] Cada capa de tablas suele estar orientada perpendicularmente a las capas adyacentes y pegada en las caras anchas de cada tabla, generalmente de forma simétrica para que las capas externas tengan la misma orientación . Un número impar de capas es lo más común, pero también hay configuraciones con números pares (que luego se organizan para dar una configuración simétrica). La madera regular es un material anisotrópico , lo que significa que las propiedades físicas cambian dependiendo de la dirección en la que se aplica la fuerza. Al pegar capas de madera en ángulos rectos, el panel puede lograr una mejor rigidez estructural en ambas direcciones. Es similar a la madera contrachapada pero con laminaciones (o láminas) distintivamente más gruesas.
La CLT se diferencia de la madera laminada encolada (conocida como glulam), que es un producto con todas las laminaciones orientadas de la misma manera. [4]
La primera patente similar a la CLT fue desarrollada por primera vez en la década de 1920 por Frank J. Walsh y Robert L. Watts en Tacoma, Washington. [5] Sin embargo, muchas fuentes datan la primera patente en 1985, cuando se patentó en Francia. [6] [7] Luego se produjeron avances significativos en Austria cuando Gerhard Schickhofer presentó su investigación de tesis doctoral sobre CLT en 1994. Utilizando las teorías que desarrolló durante su investigación, Schickhofer comenzó a trabajar con tres pequeños aserraderos y la Asociación de Aserraderos, para comenzar la producción de CLT. Con la ayuda de algunos fondos gubernamentales, pudieron construir a mano una prensa de prueba de CLT y crear los primeros paneles. Al mismo tiempo, el primer sistema de prensa, que utiliza presión a base de agua, salió al mercado, lo que permitió a Schickhofer y su equipo pensar más allá de las capacidades que originalmente se creían posibles para la CLT. Después de años de investigación exhaustiva, Schickofer presentó los resultados a los organismos gubernamentales de Austria y la UE que se ocupaban de la aprobación de materiales para productos comerciales y en diciembre de 1998 fue aprobado. Pronto siguió un período de crecimiento sustancial en la producción y los proyectos en Alemania y otros países europeos a medida que se hizo más prominente el impulso a los edificios ecológicos. La CLT tardó en despegar en América del Norte, pero ha comenzado a ganar impulso en los últimos años. [6] [8] [9] [10]
En 2002, Austria utilizó la investigación de Schickhofer para crear las primeras directrices nacionales sobre CLT. Las Evaluaciones Técnicas Europeas Internacionales (ETA) comenzaron a regular las propiedades y el diseño de CLT en 2006. Los esfuerzos para estandarizar CLT en Europa comenzaron en 2008 y en 2015 se aprobó la primera norma europea de producto para CLT, EN 16351. También en 2015, CLT se incorporó al Código Internacional de Construcción de acuerdo con ANSI/APA PRG 320 [11] y la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) comenzó a investigar y desarrollar códigos sobre la seguridad contra incendios de CLT y otras maderas artificiales. [12] La revisión de 2021 del IBC incluyó tres nuevos tipos de construcción para edificios de madera maciza, Tipo IV-A, Tipo IV-B y Tipo IV-C. Estos nuevos tipos permitieron construir edificios que utilizan madera maciza más altos y en áreas más grandes que antes. [13]
La fabricación de CLT se divide generalmente en nueve pasos: selección de la madera primaria, agrupamiento de la madera, cepillado de la madera, corte de la madera, aplicación del adhesivo, colocación de los paneles, prensado de ensamblaje, control de calidad y marcado y envío. [2] : 77–91
Durante la selección primaria de la madera, esta se someterá a una verificación del contenido de humedad (CM) y a una clasificación visual. Según la aplicación, también se pueden realizar pruebas estructurales (clasificación E). La verificación del contenido de humedad se realiza porque la madera que se utiliza normalmente puede llegar con un CM del 19 % o menos, pero la madera para CLT debe tener un CM de aproximadamente el 12 % durante la fabricación para evitar tensiones internas debido a la contracción. Esta prueba también se realiza para que las piezas de madera adyacentes no tengan una diferencia de CM superior al 5 %. Para realizar una verificación del CM, se pueden utilizar varios dispositivos portátiles o en la línea de producción. Algunos son más precisos que otros, ya que verifican el contenido de humedad dentro de la madera, no solo a nivel de la superficie. Se están realizando más investigaciones y desarrollos para mejorar la precisión de dichos dispositivos. También se verifica y mantiene la temperatura en las instalaciones de fabricación durante todo este proceso para garantizar la calidad de la madera. Se realiza una clasificación visual para evitar que cualquier deformación en la madera afecte la presión que puede soportar la línea de unión. También garantiza que la decoloración, los defectos en la madera debido a la corteza o la falta de madera debido a la curvatura del tronco no reduzcan significativamente la superficie de unión disponible. Para que un producto se considere un CLT de clase E, se debe considerar la clasificación visual para las capas perpendiculares, mientras que las capas paralelas deben determinarse por la clasificación E (la rigidez promedio de una pieza de madera). Los productos se clasifican como de clase V si se utiliza la clasificación visual tanto para las capas perpendiculares como para las paralelas. [2]
Utilizando los resultados de la selección de la madera, el paso de agrupamiento garantiza que la madera de varias categorías se agrupe. La madera utilizada para las direcciones de resistencia mayor y menor se agrupa principalmente basándose en el contenido de humedad y la clasificación visual. Dentro de la dirección de resistencia mayor, se requiere que toda la madera tenga las mismas propiedades de ingeniería para que se puedan determinar las limitaciones del panel. Del mismo modo, toda la madera para la dirección menor debe tener un solo conjunto de propiedades. La madera de mayor calidad también se puede agrupar para que se reserve para áreas en las que se instalan sujetadores para maximizar la efectividad de los mismos. Por motivos estéticos, se reservará algo de madera para que la capa más externa de un panel sea visualmente atractiva. [2] La madera que no se ajuste a ninguna de las categorías se puede utilizar para diferentes productos, como madera contrachapada o madera laminada encolada.
El paso de cepillado mejora las superficies de la madera para reducir la oxidación, lo que aumenta la eficacia de los adhesivos. Se recortan aproximadamente 2,5 mm de las caras superior e inferior y 3,8 mm de los lados para garantizar una superficie plana. [14] En algunos casos, cuando los bordes de la madera no se encolan porque tienen una tolerancia de ancho aceptable, solo se cepillan las caras superior e inferior. Es posible que el cepillado aumente el contenido de humedad general de la madera debido a las variaciones de secado en toda la madera. Cuando esto ocurre, se debe evaluar la idoneidad de la unión y puede ser necesario reacondicionarla. [2]
A continuación, la madera se corta a una longitud determinada según la aplicación y las necesidades específicas del cliente. Los recortes de las capas longitudinales se pueden utilizar para crear las capas transversales si se necesitan las mismas especificaciones para las capas paralelas y perpendiculares.
La aplicación del adhesivo se realiza poco después del cepillado para evitar que se produzcan problemas en la superficie de la madera. La aplicación del adhesivo suele realizarse de una de dos formas: mediante un proceso de alimentación continua o con boquillas una al lado de la otra. En el proceso de alimentación continua, los cabezales de la extrusora distribuyen hilos paralelos de adhesivo a lo largo de la pieza de madera en un sistema hermético para evitar espacios de aire en el pegamento que podrían afectar la resistencia de la unión. Esto se utiliza normalmente para adhesivos de fenol resorcinol formaldehído (PRF) o reactivos con poliuretano (PUR). En el caso de los adhesivos PUR, las capas de madera pueden rociarse para ayudar con el curado. La opción de boquillas una al lado de la otra se reserva habitualmente para capas de CLT que se forman de antemano y funciona instalando las boquillas a lo largo de una viga que se desplazará a lo largo de la madera y aplicará el adhesivo. Para evitar costes de fabricación adicionales, el adhesivo normalmente solo se aplica a las caras superior e inferior de la madera, pero se puede pegar los bordes si es necesario. [2]
A continuación se realiza la colocación de los paneles, que consiste en colocar las piezas individuales de madera juntas para prepararlas para el prensado del ensamblaje. De acuerdo con la norma ANSI/APA PRG 320, al menos el 80 % de la superficie entre las capas debe estar unida para que la unión sea efectiva. Para cumplir con esta norma, los fabricantes tienen la tarea de encontrar la forma más eficiente de colocar la madera. Este tiempo entre la aplicación del adhesivo y la presión se conoce como tiempo de ensamblaje y debe estar dentro del tiempo previsto por el adhesivo específico utilizado.
El prensado de ensamblaje completa el proceso de adhesión con una prensa de vacío o una prensa hidráulica. El prensado de vacío genera una presión de aproximadamente 14,5 libras por pulgada cuadrada (0,100 MPa), que no siempre es suficiente para abordar el potencial de deformación o las irregularidades de la superficie. Para adaptarse a esto, se pueden cortar relieves de contracción de la madera en la dirección longitudinal. Estos relieves liberan la tensión en la madera y reducen el riesgo de agrietamiento debido al secado. Sin embargo, deben tener un ancho y una profundidad máximos para que el área de unión y la resistencia del panel no se vean afectados significativamente. El uso de una prensa de vacío puede ser más beneficioso en algunas circunstancias, porque pueden prensar más de un panel CLT a la vez y se pueden usar para elementos curvos. [15] Una prensa hidráulica, por otro lado, genera una presión mayor, que varía de 40 a 80 libras por pulgada cuadrada (280–550 kPa), y la aplica a caras específicas del panel. Por esta razón, los paneles pueden necesitar someterse a un prensado de sujeción tanto vertical como lateral. [2]
Una vez finalizado el prensado del conjunto, los paneles CLT se someten a un mecanizado de control de calidad. Se utilizan lijadoras para lijar cada panel hasta obtener el espesor deseado con una tolerancia de 1 mm o menos si así lo especifica el proyecto. A continuación, los paneles CLT se trasladan a una máquina de control numérico multieje que realiza cortes de precisión para puertas, ventanas, empalmes y conexiones. Cualquier reparación menor que sea necesaria en esta etapa se realiza manualmente.
Para cumplir con los requisitos de la norma ANSI/APA PRG 320 y garantizar que se ha especificado, entregado e instalado el producto correcto, los paneles CLT deben estar marcados para identificar una variedad de información. Esto incluye el grado, el espesor, el nombre de la fábrica, el nombre o el logotipo de la agencia, el símbolo ANSI/APA PRG 320, las designaciones del fabricante y un sello superior si se trata de un panel personalizado. Estas marcas deben estar estampadas a intervalos de 8 pies (2,4 m) o menos para que cuando se entreguen piezas más largas en el sitio y se corten, sigan mostrando la información necesaria. Se pueden agregar más marcas para demostrar la dirección principal de carga y las zonas diseñadas para recibir conexiones. Durante el envío y la construcción, los paneles CLT deben protegerse del clima para mantener su integridad estructural. [2]
Como material de construcción, el CLT tiene numerosas ventajas:
También existen algunas desventajas asociadas con CLT:
CLT se utiliza en diversas estructuras diferentes alrededor del mundo.
En septiembre de 2016 se construyó en el Chelsea College of Arts de Londres la primera megaestructura tubular de madera del mundo , utilizando paneles de madera maciza contralaminada. La "Smile" de 35 m de largo fue diseñada por la arquitecta Alison Brooks y diseñada por Arup , en colaboración con el American Hardwood Export Council, para el London Design Festival . La estructura es un tubo curvado en forma de sonrisa que toca el suelo en su centro y tiene una capacidad máxima de 60 personas. [29]
Stadthaus , un edificio residencial en Hackney, Londres , construido en 2009, fue el primer edificio construido utilizando únicamente estructuras de CLT, incluso para las escaleras y el hueco del ascensor. Con 9 pisos y 30 m de altura, en el momento de su construcción, era el edificio de CLT más alto del mundo. [30]
En 2012, Forte Living, un complejo de apartamentos en Melbourne , Australia, se convirtió en el rascacielos más alto construido únicamente con CLT. El edificio tiene 10 pisos y mide poco más de 32 m de altura. Los 759 paneles CLT necesarios para el proyecto se fabricaron en Austria utilizando abeto europeo cultivado y cosechado allí. [31]
En 2022, el edificio Ascent MKE en Milwaukee , Wisconsin, se convirtió en el rascacielos más alto en utilizar componentes de CLT. Con 25 pisos y 86,6 m, el Ascent se basa en componentes de hormigón, acero y madera maciza. El CLT se utilizó principalmente para crear las losas de cada piso. [32]
El puente Mistissini, en Mistissini , Quebec, Canadá, es un puente de 160 metros de largo que cruza el paso de Uupaachikus. Diseñado por Stantec y terminado en 2014, el puente Mistissini emplea paneles CLT de origen local y vigas de madera laminada encolada para servir como los principales elementos estructurales del puente. [33] El puente ganó numerosos premios, incluido el Premio Nacional a la Excelencia en la categoría de Transporte en la 48.ª edición anual de la Asociación de Empresas de Ingeniería Consultora (ACEC) y también el Premio Ingeniería para un Canadá Mejor. [34]
La vista en despiece es un puente totalmente de CLT en fase de diseño a partir de diciembre de 2022. [actualizar]Originalmente propuesto en 2020 por Paul Cocksedge, este puente cruzará el río Liesbeek en Ciudad del Cabo , Sudáfrica. Cocksedge planea fabricar el CLT a partir de árboles de eucalipto , una especie invasora en la zona. [35]
Glenwood es un estacionamiento de CLT que forma parte de un plan de remodelación más amplio en Springfield, Oregon . La construcción está en marcha desde diciembre de 2022 [actualizar], pero una vez que esté terminado, tendrá cuatro pisos y 360 lugares de estacionamiento. Para ayudar a proteger el CLT de la lluvia y mantenerlo expuesto, se instalará una fachada hecha de paneles de vidrio superpuestos. [36]
Open Platform y JAJA Architects ganaron un concurso de diseño en 2020 por sus planes de crear un garaje Park n' Play en Aarhus , Dinamarca. El garaje no solo emplea el uso de CLT para la estructura, sino que lo rodea con jardineras y otras plantas para promover el uso del espacio como algo más que un lugar para dejar un automóvil. Hay seis pisos con 700 lugares, algunos diseñados específicamente para promover el transporte ecológico, incluidas estaciones de carga y lugares exclusivos para compartir el automóvil. La instalación fue diseñada para ayudar al país a lograr su objetivo de alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. [37]
El CLT también ha sido identificado como un candidato adecuado para su uso en la construcción modular . [38] La startup de construcción modular con sede en Silicon Valley, Katerra, abrió una fábrica de CLT de construcción modular de 23.000 metros cuadrados (250.000 pies cuadrados) en Spokane , Washington, en 2019 [39] y algunos políticos pedían el uso de la construcción modular prefabricada de CLT para abordar la crisis de la vivienda en ciudades como Seattle . [40]
El Dyson Institute Village se construyó en 2019 en las afueras de Malmesbury , Inglaterra, para proporcionar alojamiento para estudiantes en el campus del Instituto Dyson de Ingeniería y Tecnología . El pueblo fue diseñado como una serie de módulos de apartamentos tipo estudio apilados por los arquitectos londinenses WilkinsonEyre , y se inspiró en Habitat 67 de Montreal . Las cápsulas están construidas con CLT, y cada cápsula está envuelta en aluminio. [41]
Como material de construcción novedoso y renovable, la demanda de aplicación de madera laminada cruzada (CLT) ha aumentado significativamente. Sin embargo, las propiedades mecánicas de la CLT no se han explorado por completo. Esta sección analiza principalmente la investigación sobre la resistencia a la compresión y el comportamiento sísmico de la CLT. En la sección de resistencia a la compresión, se analiza el impacto del número de capas de CLT y la geometría de las aberturas en un panel de CLT. Mientras tanto, el comportamiento sísmico de la CLT se evalúa a través de una prueba de mesa vibratoria que evalúa la capacidad de corte sísmico del material.
El resumen de las propiedades mecánicas se basa en la investigación de Pina et al. [42] y Sato et al. [43].
La madera laminada cruzada (CLT) es un producto de madera de ingeniería que está ganando popularidad en la industria de la construcción debido a sus numerosas ventajas, como la sostenibilidad, la rentabilidad y la facilidad de construcción. Las propiedades mecánicas, en particular la resistencia a la compresión, son factores clave a tener en cuenta al diseñar y construir paneles CLT. La cantidad de capas en un panel CLT tiene un impacto directo en su resistencia a la compresión, y generalmente más capas dan como resultado una mayor resistencia. Sin embargo, en el caso de mantener un cierto espesor de un panel CLT, más capas darán como resultado una menor capacidad de pandeo. [42] Además, la geometría de las aberturas en un panel CLT también puede afectar su resistencia a la compresión, y las aberturas más grandes dan como resultado una menor resistencia. Además, las aberturas rectangulares orientadas perpendicularmente a la dirección de carga exhiben una menor sensibilidad a la reducción de la capacidad cuando se someten a cambios críticos de carga en comparación con aquellas con una orientación paralela a la dirección de carga. [42] Para lograr propiedades mecánicas óptimas, es importante considerar cuidadosamente tanto la cantidad de capas como la geometría de las aberturas al diseñar y construir paneles CLT.
El comportamiento sísmico de la madera contralaminada (CLT) es un área de investigación y desarrollo activa. Los estudios han demostrado que la CLT tiene un buen desempeño sísmico debido a su alta rigidez y resistencia, así como a su ductilidad y capacidad de disipación de energía. [43]
La madera laminada cruzada (CLT) se considera sostenible porque está hecha de madera renovable que se puede cosechar de manera responsable. La producción de CLT también es ecológica, genera menos emisiones de gases de efecto invernadero y utiliza menos energía que los materiales tradicionales como el hormigón y el acero. La CLT puede ayudar a reducir la huella de carbono de un edificio , ya que absorbe y almacena dióxido de carbono. [44] Su diseño ligero y prefabricado minimiza los residuos y mejora la eficiencia de la construcción. Por último, la CLT es duradera y duradera, con una vida útil proyectada de más de 100 años, lo que la convierte en una opción prometedora para la construcción sostenible.
Si bien a menudo se supone que la madera contralaminada (CLT) tiene un comportamiento elástico lineal, en realidad su desempeño no siempre es lineal y debe estudiarse en un contexto no lineal. Además, la conexión entre las diferentes capas no siempre puede estar completamente adherida y el contenido de humedad de la madera cambiará con el tiempo. Además, el impacto de las diferentes formas de abertura en la resistencia de la CLT requiere una mayor investigación y las condiciones de contorno no siempre se cumplen de manera sencilla. Es importante considerar estos factores al estudiar el comportamiento y el desempeño de la CLT en aplicaciones del mundo real.
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