Construcción en madera, la evolución hacia un modelo de edificio más sostenible

La descarbonización de las ciudades es, actualmente, uno de los retos principales a los que gobiernos de todo el planeta tienen que hacer frente. Y en este contexto, reducir las emisiones de carbono de los edificios durante su construcción y durante su vida y mantenimiento posterior, es un factor clave para lograrlo.

La industrialización de la construcción, la digitalización del sector y el uso de materiales naturales y sostenibles son tres pilares fundamentales de esa evolución hacia un nuevo modelo constructivo que dará lugar a ciudades más sostenibles y saludables para sus habitantes.

La madera como material renovable y sostenible

Apostar por la construcción en madera es apostar por un material natural que puede reutilizarse infinitas veces hasta su degradación total. La madera es el único material de construcción renovable que se cultiva naturalmente y elimina el CO2 de la atmósfera capturando una gran cantidad de carbono embebido en su interior. Además, durante su transformación requiere de poca energía, en comparación con otros materiales alternativos como el acero o el hormigón.

En esta lucha por capturar el carbono y evitar que este acabe en la atmósfera se han desarrollado diferentes técnicas que consiguen transformarlo en piedra o utilizarlo para fracking, inyectándose en la tierra. Sin embargo, ya existe un material inventado por la naturaleza que cumple la doble función de absorber CO2 y transformarlo en oxígeno, capturando el carbono en el interior de su masa: la madera.

Este material que nos acompaña desde los inicios de la civilización, provee una herramienta para colaborar activamente en solucionar un problema global que aún con las avanzadas técnicas científicas no es posible resolver. Alrededor del 50% del peso de la madera es carbono extraído de la atmósfera en el proceso de fotosíntesis en el que el dióxido de carbono, el agua y la energía se convierten en oxígeno y glucosa. Adicionalmente, un bosque estabilizado (adulto, que deja de crecer) absorbe muy poco CO2 porque, al descomponerse los árboles o quemarse en incendios, vuelven a liberar parte o todo del CO2 absorbido.

La única manera de convertir un bosque en una máquina permanente de absorción de CO2 es realizando una gestión activa del bosque, secuestrando el carbono embebido en los edificios a través de su construcción en madera. La utilización de lo que llamamos “madera técnica” para la construcción masiva de edificios nos posibilita mantener el carbono embebido, secuestrado durante toda la vida útil de la materia.

Los edificios construidos con madera se convierten de este modo en almacenes de carbono y la industria de la construcción pasaría de ser una fuente de emisiones a un sumidero de emisiones. EL cambio radical que el planeta necesita de forma urgente.

Madera técnica en la construcción

A lo largo de la evolución de la civilización, la madera siempre ha estado presente, inicialmente como combustible y, con el progreso de la misma, como un elemento fundamental para la construcción de las ciudades. Ante la necesidad de encontrar un material capaz de solventar la necesidad de viviendas a nivel mundial sin incidir más aún en el deterioro del planeta, los científicos pusieron sus ojos en un material inventado en Austria a principios del siglo XX, la madera técnica.

La propia estructura de la madera hace que se vea debilitada por nudos, fallas y grietas que aparecen de manera natural. Es por ello, que el saneado corte y uniones (finger joint) suponen un salto de calidad fundamental, aportando una resistencia constante a lo largo de toda la pieza.

Madera técnica o madera laminada.
Tipologías y características para su uso en construcción

La madera laminada es el resultado de unir capas de madera con adhesivos estructurales, duraderos y resistentes a la humedad para su uso en la construcción. Actualmente existen diferentes tipos de madera laminada:

Glulam o Glued Laminated Timber

Esta forma de tratar la madera permite obtener longitudes infinitas mediante uniones solidarias y encolado de piezas. Se logra así, alcanzar longitudes y espesores imposibles de encontrar en el mundo natural. El proceso comienza con el saneado de grietas y nudos, uniones solidarias que permiten obtener tablas de gran longitud a la vez que se consigue mejorar el comportamiento estructural, y finaliza con las uniones de las tablas entre sí, mediante colas y prensado, que permiten secciones muy superiores a los largos tradicionales, ampliando los límites de la utilización estructural en madera.

El Glulam es un producto compuesto por elementos lineales formados por secciones de madera maciza de unos 20-40mm de espesor, que ha sido saneada de nudos e imperfecciones y se ha unido mediante un ensamblado tipo finger-joint. Las propiedades mecánicas de la madera con respecto a la disposición de las fibras se aprovechan al máximo en pilares donde las fibras trabajan a compresión o en vigas trabajando a flexión (tracción y compresión). Una de las dimensiones es variable, siendo la otra múltiplo de 20 o 40 milímetros dependiendo del espesor de la tabla, siendo lo habitual una modulación en 20 milímetros para ambos lados de la sección.

CLT: Cross Laminated Timber

El tercer salto de calidad se da al evitar la limitación del comportamiento anisotrópico con un simple gesto: cruzar las tablas encoladas a 90º creando un material nuevo llamado Cross Laminated Timber o CLT. El origen del CLT data de 1947. Este jóven material desarrollado en su concepción moderna hace solo unos 30 años, equipara el comportamiento estructural con el acero y el hormigón.

El CLT son elementos superficiales, tableros creados por una combinación impar de capas 3, 5, 7… cada una de ellas de 20, 30 o 40 mm de espesor, que pueden ser combinados entre sí, con lo que se obtiene espesores desde 60 mm a 90, 120, 150 … pudiendo llegar a alcanzar los 500 mm. Las dimensiones del tablero están referidas a las capacidades de transporte, con lo que el largo suele limitarse a 12 o 14 m y el rango de anchos, aunque depende de cada fabricante, suele contar con modulaciones de 2100, 2400, 3000, 3300 mm, pudiendo llegar a 3500 mm de ancho de tablero.

Son muchas las personas que al ver un rascacielos de madera creen que para su construcción ha sido necesario talar grandes y emblemáticos árboles. Sin embargo, la realidad es que estos edificios están realizados con CLT elaborado a partir de listones de madera de pino o abeto cultivados a tal efecto.

LVL: Laminated veneer lumber

Sustituye la madera maciza del Glulam por finas chapas de madera similares a las utilizadas en los tableros de madera contrachapada orientando la fibra de la madera en la dirección longitudinal de los componentes. Las estructuras LVL mejoran las propiedades mecánicas, resistentes y de estabilidad dimensional de la madera maciza y la madera laminada. Además, optimizan el aprovechamiento de la madera extraída de los árboles, aunque utilizan más adhesivos. En la actualidad no cuenta con una gran distribución en España pero poco a poco se espera que vaya ganando más cuota de mercado.

LSL: Laminated Strand lumber

En este caso el material utilizado en su fabricación es la viruta de madera, similar a la utilizada en los tableros OSB. La viruta prensada y encolada forma perfiles de madera aptos para su uso como vigas, pilares y tabla para forjados (hasta 600 mm de ancho) pero aún no en formato de tablero. Su estabilidad dimensional y resistencia al arranque de tornillería y fuego le permite competir con la madera maciza en las estructuras tipo balloon frame. El uso de viruta de madera permite optimizar la madera obtenida por tala aprovechando mejor los recursos forestales. Pese a que el tipo de colas empleadas podría perjudicar la carga medioambiental del producto, se está avanzando en este campo para cumplir con las normativas medioambientales de cada país.

Desafíos de la madera técnica para construcción

Hasta hace relativamente poco tiempo, la madera, ha sido un material muy controvertido para su uso en construcción. El gran desafío es desmontar las ideas preconcebidas y muy erróneas de su comportamiento como material estructural a pesar de haber sido empleado con éxito en muchas estructuras que han resistido cientos de años y que ni siquiera se sabe que están construidas en madera. A los atributos de la madera estructural habría que sumarle el salto en calidad dado gracias a la madera técnica.

Algunas características de la madera que desmitifican ideas preconcebidas:

El uso de la madera como combustible es un concepto antropológico, es por ello que relacionamos fuego con madera. Efectivamente, como muchos materiales, la madera se quema, pero el problema no es que se queme, sino que se queme de manera descontrolada. Contrariamente a esto, la madera se quema de manera muy previsible, a razón de 0,7mm/minuto, generando una capa protectora que impide la entrada de oxígeno en el interior, lo que unido a baja transmitancia térmica de la madera, produce que la madera interior no pierda sus capacidades estructurales (Enrique Nuere Forum Madera Construcción 2022).
La madera masiva es un material con una buena reacción frente al fuego, comportamiento que ha mejorado notablemente con la madera técnica. Simplemente con un ligero sobredimensionamiento de las estructuras o un encapsulado de los elementos de madera con placas ignífugas (cartónyeso) se consigue hacer frente a los requerimientos de los códigos técnicos de la edificación.

La madera es un material muy arraigado a la tradición constructiva de todos los pueblos, por este motivo se ha creado la percepción de que no es un material moderno. Sin embargo, al poner atención especialmente en la madera técnica, ya sea Glulam o CLT, es fácil percibir lo avanzado e innovador de su desarrollo. Actualmente construir con madera supone estar a la vanguardia, supone pertenecer a ese grupo de personas y profesionales, cada vez más numerosos, que luchan conscientemente para combatir el cambio climático y para cumplir los acuerdos alcanzados en cada COP. Son muchos los investigadores que en estos momentos están trabajando en supermaderas, más resistentes estructuralmente, mejorando así el comportamiento para fachadas, en maderas termotratadas e incluso en maderas transparentes, reemplazando las ligninas con un material transparente.

Por otro lado, existen foros no académicos que afirman que la madera tiene poca resistencia comparada con otros materiales, pero en realidad es el único material probado que ha resistido el paso de varios siglos. Cuando el hormigón armado fue el material estrella del siglo XX y el acero del siglo XIX se pensó en ambos casos que era un material para durar toda la vida.
El paso de los años ha probado lo incierto de esta creencia, puesto que estos materiales pueden degradarse por un cambio en su composición química o por la oxidación de su armadura. Existen ensayos que prueban que la madera técnica supera en resistencia al hormigón a la compresión, que pesa cinco veces menos y que una viga de madera pesa la mitad que una de acero, incluyendo su flecha, resistiendo igual carga.

Esta afirmación se aleja de la realidad, ya que la madera no expuesta no necesita un mayor mantenimiento que materiales tales como el ladrillo o el hormigón. En el caso de la madera expuesta, el diseño cobra un papel fundamental. Ya que al igual que ocurre con todos los materiales naturales, la madera está sujeta a cambios de apariencia provocados por el paso del tiempo.
Una estrategia que se utiliza para reducir el impacto del cambio de aspecto es emular su apariencia final, dando a la madera un tratamiento de pre envejecimiento hasta que adquiere un color verde grisáceo que se corresponde con el aspecto que presentará con el paso de uno o dos años. Además, existen alternativas de bajo mantenimiento tales como la madera acetilada, termotratada, furfurilada e, incluso, se puede optar por un acabado carbonizado siguiendo la tradición japonesa shuou-sugi-ban.

Es innegable que para tener madera hay que cortar árboles, pero como dicen en la Bauhaus europea “cut tree save forest”. La procedencia de la madera está muy controlada, proviene de plantaciones gestionadas de forma responsable y certificadas. Esta actividad, llamada silvicultura, selecciona los árboles que mejor se van a desempeñar según unos patrones estadísticos, quitando aquellos que pueden limitar su crecimiento y transformarse en combustible. Adicionalmente, se plantan árboles suficientes para contrarrestar las talas de manera que las superficies forestales en los países de tradición maderera crecen año tras año, incluido España. Construir en madera hace que aumenten las superficies forestales, los bosques se cuidan frente a posibles incendios, con el efecto que conlleva frente a los procesos de desertificación, aumento de la humedad, asentamiento de biodiversidad y absorción de CO2. La madera es el único material estructural y de construcción que se cultiva y que crece durante los 365 días del año. Es renovable y circular y gracias a la extensión de su uso, el valor de los bosques aumentará y originará un incremento de superficies forestales en nuestro planeta.

En las últimas décadas del siglo XIX se descubrió que una humedad superior al 20% propiciaba la formación de los hongos de pudrición, por lo que es condición que la madera se mantenga con una humedad baja. Al igual que el resto de materiales, la madera tiene sus normas específicas de diseño e instalación: no tener contacto con humedades permanentes, ventilar para favorecer el secado, no dejar que el agua se estanque en zonas planas, no exponer las zonas de las uniones etc. son algunas de las recomendaciones para un correcto uso de este material. La elección de la especie y el diseño de detalles constructivos adecuados constituyen la base que todo buen proyectista y constructor debe dominar.

La madera como el resto de materiales necesita resolver los requisitos acústicos del código técnico en unión de otros componentes y a través de un diseño de uniones adecuado. Las opciones simplificadas de cálculo acústico al estar desarrolladas previamente al crecimiento de uso de este material dejaron fuera de ellas a la madera pero esto no quiere decir que tenga un mal comportamiento en absoluto. Los sistemas constructivos en madera presentan un confort similar a las soluciones pesadas en las bandas de baja frecuencia siendo mejores en las frecuencias medianas y altas . Simplemente, al igual que el resto de soluciones es necesario un diseño de juntas óptimo y una combinación adecuada de recubrimientos y elementos acústicos, no más que el resto de materiales.

Ventajas de la construcción con madera técnica

Para explicar las diferencias en cuanto a la captura de carbono entre una estructura de hormigón armado y otra de madera, Michael Green, pionero en la materia, en su charla TED “¿Por qué no construir rascacielos de madera?” asegura que “Para construir un edificio de 20 pisos de cemento y hormigón, se producen en el proceso de fabricación del cemento 1.200 toneladas de dióxido de carbono. Si lo hacemos en madera, con esta solución, capturamos unas 3.100 toneladas, o sea, una diferencia neta de 4.300 toneladas. El equivalente a sacar cerca de 900 coches fuera de la circulación, en un año”.

La madera es un material de construcción que no se extrae sino que se cultiva, un producto de origen natural, reciclable, renovable y cuyo proceso productivo requiere bajo consumo energético.

Es maleable y se puede mecanizar con un alto grado de precisión. La madera permite un cambio sustancial en la ejecución de las obras y posibilita la digitalización y aplicación de modelos de manufactura propios de otras industrias a los componentes de las obras.

Su aspecto natural produce una enorme variación de tonos y tramas y se asocia con ambientes relajantes y con conexión con la naturaleza, mejorando el confort en viviendas y favoreciendo mayores rendimientos en espacios de oficinas y de estudio. Los seres humanos tenemos una respuesta innata positiva frente a la naturaleza, esta respuesta se denomina biofilia.

La madera se ha utilizado desde el principio de los tiempos en construcción, y se sigue usando, aún sin que nos demos cuenta. La mayoría de los cascos urbanos de las ciudades españolas están ejecutados con estructuras de madera. El centro de Madrid, lo que se denomina “el Madrid de los Austrias”, está enteramente construido con estructura de madera y mampuestos de ladrillo. En otros lugares del mundo existen ejemplos de construcciones que, con un adecuado mantenimiento, han llegado a cumplir 900 años, como los templos en China y Japón.

Con estupendas condiciones para el aislamiento térmico y acústico, lo que hace que se emplee menos energía para la climatización de un edificio de madera.
Según el American Wood Council, la madera blanda alcanza la capacidad de aislación térmica de la fibra de vidrio, es 10 veces más aislante que el hormigón y 400 veces más aislante que el acero. Es por ello, que la madera es protagonista en los sistemas Passivhaus, estándar de construcción con unos requerimientos muy estrictos para reducir en un 90% el consumo energético de una vivienda.

Ostenta una eficiencia probada que aventaja al hormigón en cuanto a estándares de seguridad, sobre todo debido a su ductilidad. Es muy poco probable que una estructura de madera llegue a colapsar. La mayor capacidad de deformación elástica propia del material, el sistema basado en uniones articuladas y la relación entre la influencia de las fuerzas sísmicas y la masa de la estructura, son sus principales virtudes. Tanto la madera como el hormigón u otro material se pueden agrietar y romper ante solicitaciones muy potentes como un seismo, pero en el caso de la uniones de la madera (chapas y tornillos) se pueden diseñar para que fallen de manera dúctil al momento de llegar al límite de su capacidad, pudiendo incluso reemplazarse después del evento para así poder volver a entrar en servicio.

Gran parte de la capacidad portante del hormigón armado se emplea para soportar su propio peso. En el caso de la madera técnica su peso es alrededor de cinco veces menos que el hormigón, con una capacidad resistente similar. Esto hace que una estructura de madera transmita sobre sus cimientos una carga axial menor que una estructura de hormigón. Como ejemplo, en Dalston Lane usaron 2.000 toneladas de madera. Si la misma construcción se hubiera realizado en hormigón se habrían usado 12.000 toneladas. Esta diferencia sustancial de peso entre ambas soluciones hizo posible que el promotor pudiera agotar la edificabilidad permitida, muy limitada por un suelo muy inestable.

Existe una conciencia y una gran necesidad de transformar las ciudades, los edificios y nuestras viviendas. Las políticas actuales de los países europeos, Reino Unido a la cabeza, están movilizando y concienciando al resto del mundo sobre cómo tomar la iniciativa en la construcción con baja huella de carbono y en concreto en madera.

A pesar de las ideas preconcebidas y muy erróneas del comportamiento de la madera como material estructural, la madera ha evolucionado a un material de nueva generación que llamamos madera técnica y que cumple con creces los requisitos funcionales de estabilidad estructural, resistencia al fuego, durabilidad y los propios de estos tiempos relacionados principalmente a la circularidad de los materiales, la energía necesaria para producirlos y su porcentaje de absorción en carbono.

El creciente número de edificios en altura construídos en madera técnica demuestran la posibilidad de cambiar una industria, que hasta ahora había sido muy contaminante, por otra que aúne el respeto por el medio ambiente, la rentabilidad requerida en los proyectos y la belleza constructiva para conseguir un mundo más limpio, más sano y más justo.