Sistemas híbridos de madera: El nuevo hormigón armado del siglo XXI
El hormigón armado es duradero y robusto, pero tiene una gran huella de CO. La madera, en cambio, es sostenible y absorbe carbono, aunque tiene propiedades negativas inherentes. Los sistemas híbridos de madera, por el contrario, combinan sostenibilidad y resistencia. El Instituto Fraunhofer de Investigación de la Madera, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI, desarrolla adhesivos adecuados y prueba la estabilidad a largo plazo de los materiales de madera híbridos.
Hoy en día, los edificios y otras estructuras se componen principalmente de mampostería, acero y hormigón. El hormigón armado, en particular, garantiza una gran estabilidad general, ya que combina la gran resistencia a la compresión del hormigón con la gran resistencia a la tracción del acero. Además, el hormigón armado es muy duradero, incluso en condiciones meteorológicas cambiantes.
Pero tiene un inconveniente: Se necesitan enormes cantidades de energía para fabricar, procesar y reciclar el hormigón armado, liberando una gran cantidad de CO2 en el proceso. Las largas distancias recorridas en el transporte de las materias primas agravan de nuevo la huella de CO. En cambio, la madera vuelve a crecer rápidamente y, por consiguiente, es mucho más respetuosa con el clima. Además, está disponible a nivel local. Además, el “factor de bienestar” suele ser mayor en las casas de madera que tras los muros de hormigón. Pero aquí también hay una trampa:
La madera no es ni mucho menos tan robusta como el hormigón armado. En particular, la resistencia a la tracción y a la compresión perpendicular a la dirección de las fibras es comparativamente baja. Además, la madera se caracteriza por una gran variabilidad de propiedades y por su higroscopicidad. Sin embargo, cuando la madera se combina con otros materiales, las propiedades mecánicas de la estructura global mejoran considerablemente.
Cuando se utiliza en combinación con compuestos de polímeros reforzados con fibras o con hormigón, es posible incluso utilizar especies y calidades de madera que antes eran inadecuadas para la construcción industria. Esto podría ampliar el ámbito de la silvicultura respetuosa con el clima y el medio ambiente.
Comportamiento a largo plazo de los materiales híbridos de madera
Aunque varios estudios recientes han analizado el comportamiento a corto plazo de estos materiales híbridos de madera, se sabe poco sobre su comportamiento a largo plazo. Y esto es lo que tiene una importancia fundamental cuando se trata de materiales de construcción. Un grupo de jóvenes investigadores quiere ahora colmar esta laguna y, con la orientación del Fraunhofer WKI de Braunschweig, está investigando el comportamiento a largo plazo y la durabilidad de estos sistemas de construcción con madera híbrida.
El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura de Alemania (BMEL) y el organismo responsable del proyecto es la Agencia Alemana de Recursos Renovables (FNR). “Nuestro objetivo es aumentar significativamente la proporción de madera utilizada en la construcción de edificios: la construcción en madera tiene una pequeña cuota en el mercado alemán de la construcción, en torno al 10-15%”, afirma el profesor Libo Yan, científico principal y jefe de grupo de investigación junior en Fraunhofer WKI. “Si se pudiera garantizar que los materiales de construcción híbridos resistieran el viento y las condiciones meteorológicas durante un largo periodo de tiempo, sin duda aumentaría la popularidad de este material de construcción”.
Investigadores de todo el mundo -tanto mujeres como hombres, como explica Yan con orgullo- están investigando combinaciones de madera y hormigón, así como madera que adquiere una rigidez adicional gracias a las fibras de carbono o el lino en una matriz de polímero. En cuanto a la combinación de madera y hormigón, el equipo desarrolló una nueva forma de combinar los materiales. Normalmente se hace de forma mecánica, es decir, utilizando clavos de acero, placas de acero y redes de acero. “Al unir los materiales con poliuretano o resina epoxi, podemos reducir el peso de los híbridos de madera y acelerar el proceso de producción hasta un 15%”, afirma Yan.
Aunque pueda parecer contradictorio, al fin y al cabo estamos hablando de pruebas a largo plazo: Las pruebas a corto plazo se realizan al principio de los estudios. Esto se debe a que las pruebas a largo plazo durante un periodo de 20 años son demasiado caras y prolongadas; en última instancia, el objetivo es abrir la posibilidad de utilizar los nuevos materiales de construcción lo antes posible. Para las pruebas a corto plazo, que duran horas o días, los investigadores unen los materiales, como el hormigón y la madera. A continuación, sujetan las secciones exteriores de madera y aplican una fuerza definida al hormigón.
¿Cuánta fuerza es necesaria para destruir la capa adhesiva y desgarrar el material compuesto? El equipo de investigación está desarrollando un modelo teórico a partir de estas y otras mediciones. Para ello, también están examinando la microestructura de la junta adhesiva con un microscopio. “Queremos establecer una correlación entre el comportamiento macroscópico y la microestructura”, dice Yan. “También bajamos al nivel químico en el proceso: Por ejemplo, ¿de qué manera cambian los componentes químicos en la interfaz? De esta forma, podemos mejorar sistemáticamente las propiedades de los materiales híbridos”.
Pruebas a largo plazo en exteriores
Para validar el modelo creado y captar la realidad con la mayor exactitud posible, los investigadores están siguiendo sus pruebas a corto plazo con estudios a más largo plazo. Para ello, exponen los paneles híbridos de cinco a seis metros de longitud al viento, la lluvia y el sol al aire libre durante dos años. ¿En qué medida se verán afectados por ello? ¿Lo predice el modelo de forma coherente? “Podemos utilizar los resultados para afinar el modelo”, explica Yan.
Una vez que el modelo se haya sometido a esta comparación práctica, los investigadores lo utilizarán para predecir el comportamiento a largo plazo y calcular cómo se comportarán los materiales híbridos de madera durante un periodo de 50 años. De este modo, el equipo de investigación podrá establecer una base para utilizar los materiales en la industria de la construcción en el futuro.
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Jessica Ávila
Me apasiona la música y todo lo relacionado con lo audiovisual desde muy joven, y crecí en esta carrera que me permite utilizar mis conocimientos sobre tecnología de consumo día a día. Puedes seguir mis artículos aquí en Elenbyte para obtener información sobre algunos de los últimos avances tecnológicos, así como los dispositivos más sofisticados y de primera categoría a medida que estén disponibles.