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Nuevas propuestas para el uso de madera de haya CABRERO BALLARÍN, J. M. 1, GOÑI LASHERAS, R.1 y OLABE VELASCO, F.2 1 2

Cátedra Madera. Departamento de Estructuras. Escuela de Arquitectura. Universidad de Navarra. Departamento de Desarrollo Rural, Administración Local y Medio Ambiente. Gobierno de Navarra.

Resumen Fomentar el uso de maderas locales redunda en la mejora y mantenimiento de los montes a escala regional y favorece el desarrollo sostenible de las poblaciones rurales. Para ello es necesario encontrar nuevos mercados y usos diferentes a los habituales. Este es el objetivo de la investigación presentada, en la que se proponen nuevas aplicaciones para la madera de haya. En la investigación colaboran la Cátedra Madera, iniciativa conjunta de la Universidad de Navarra y el Gobierno de Navarra, junto con la Asociación de Empresarios de la Madera de Navarra, ADEMAN. Se propone el empleo de madera de haya en usos exteriores, clases de servicio 3 y 4. Dada la escasa durabilidad natural del haya, se analiza la posibilidad de aplicar diversos tratamientos: desde las tecnologías habituales, como la aplicación de sales mediante tratamiento en autoclave o sustitución de savia, a otros más modernos, como el termotratado y la aplicación de productos basados en nanotecnología. Palabras clave Maderas locales, desarrollo sostenible, haya, Fagus sylvatica, nuevos usos, tecnología.

1. Introducción La superficie forestal arbolada por habitante en España es mayor que la media de la Unión Europea. Según datos de la Sociedad Española de Ciencias Forestales, 0,4 ha de bosque por español frente a 0,3 ha por habitante en el conjunto de la U.E. (VV.AA., 2011). Dicho informe añade que, debidamente gestionados, los bosques españoles podrían autoabastecer las necesidades españolas, cuantificadas en 30 millones de metros cúbicos al año. Además de repercutir favorablemente en las entidades y sociedades rurales, conllevaría un aumento estimado del orden de 300.000 empleos relacionados. Todo ello subraya el papel primordial del fomento de maderas locales. No hay duda de que el uso de maderas locales redunda en la mejora y mantenimiento de los montes a escala regional. Es necesario no sólo gestionar adecuadamente los recursos forestales y movilizar la madera correspondiente, sino también encontrar nuevos mercados y usos diferentes a los habituales para nuestras maderas. Dada la globalización del mercado, habitualmente se emplean maderas foráneas en lugar de las disponibles en la zona. Por ello, en muchas ocasiones es necesario poner en valor los recursos propios. En muchas ocasiones es necesario ponerlos en valor desarrollando nuevos productos, de modo que las empresas locales encuentren nichos de mercado en los que ofertar esos productos. Este es el objetivo de la investigación presentada, en la que se proponen nuevas aplicaciones para la madera de haya. En esta ponencia se recogen los desarrollos iniciales acometidos, así como las conclusiones y líneas de trabajo futuro.

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No es la única propuesta reciente relacionada con nuevos usos para el haya. Recientemente se realizó un desarrollo similar en Alemania. En dicho país, los bosques de haya representan alrededor del 16% del total (FRÜHWALD, RESSEL, BERNASCONI; 2003), por lo que se planteó la necesidad de encontrar mercados alternativos. Fruto de ello fue un ambicioso proyecto de investigación, en el que se desarrolló la madera de haya laminada. Dicha investigación dio lugar a numerosas publicaciones relacionadas con el tema, principalmente con los problemas intrínsecos de la laminación y de la resistencia de las uniones encoladas. En este desarrollo de la madera laminada de haya estaba el deseo de dar salida a una madera local, y de dar empleo a industrias de pequeño tamaño. Dados los mayores costos asociados a la madera de haya (mayor precio de la materia prima, entre otros), el producto final es más caro que la madera laminada habitual de conífera. Por ello, nunca se contempló como posible alternativa a ella. En su lugar, sí se contemplaba como un posible mercado la construcción residencial de unifamiliares (zonas acristaladas, invernaderos) y edificios representativos. En dichos campos, podía situarse como competidor con la madera maciza empalmada longitudinalmente tipo KVH (FRÜHWALD et al., 2003), con la que es comparable en capacidades mecánicas e incluso en precio. Además, se concluyó que siempre había que optar por vender el producto con un aura de exclusividad, puesto que de este modo se facilitaría su aceptación por los arquitectos, y se abrirían oportunidades de mercado (FRÜHWALD et al., 2003). 2. El haya 2.1. El haya en Navarra Alrededor de 650.000 hectáreas, el 64% de la superficie de la Comunidad Foral de Navarra es forestal (entre monte arbolado y monte bajo); por ello, los montes juegan un papel muy importante en la comunidad. En Navarra hay muy diversos tipos de bosques: destacan las grandes manchas de frondosas, que ocupan 224.894 hectáreas, el 64% de la superficie forestal. De las frondosas, destacan los hayedos, que representan el 37% de la superficie forestal, seguido de robledales mediterráneos (11%), encinares (9%), robledales atlánticos (6%), y formaciones en ribera (2%). Por su parte, entre las coníferas, hay una mayor presencia de pino silvestre (15%), y en menor medida del pino laricio, pino alepo y pino insignis (VV.AA., 2012). El haya es por tanto la especie más representada y tradicionalmente importante en Navarra. Cabe destacar que los hayedos navarros son también especialmente importantes a nivel peninsular: con una extensión total de 145.000 has, constituyen un tercio de los totales de la península. De ellas, además, prácticamente toda la superficie está certificada, lo que supone una ventaja diferencial y valor añadido en la posterior puesta en mercado. La evolución de la movilización de haya en los últimos años se refleja en la gráfica de la Figura 1. Puede verse cómo la tendencia general es positiva. En poco más de una década, se ha pasado a movilizar prácticamente el doble de madera de haya, pasando de unos 55.000 metros cúbicos en 1996 a 96.000 en 2011 (datos facilitados por la Sección de Gestión Forestal de Gobierno de Navarra).

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2.2. Propiedades del haya Desde el punto de vista de sus características, la madera de haya tiene características mecánicas superiores a las maderas de conífera habituales, con un módulo elástico mayor y una resistencia a flexión del orden de tres a cuatro veces superior (90-166 N/mm2) (PERAZA, ARRIAGA, GUINDEO, GARCÍA; 2004). Es una madera con una densidad media del orden de 700 a 750 kg/m3, y con unos coeficientes de variación volumétrica aproximadamente del orden del doble respecto a las coníferas Por ello, ha sido empleada habitualmente en interiores, donde estas variaciones dimensionales no son importantes (FRÜHWALD et al., 2003). Como ventaja para usos como los previstos en el estudio, es una madera clasificada como semidura, por lo que su dureza y resistencia a la abrasión son más adecuadas para su empleo en suelos. Respecto a las propiedades tecnológicas relacionadas con su procesado industrial, presenta tendencia a abrirse y torcerse, por lo que es habitual someterla previamente a un proceso de vaporizado para liberar tensiones internas (PERAZA et al., 2004). Es una madera fácil de trabajar y mecanizar, especialmente apta para el curvado. El principal problema lo constituye su "carácter nervioso", por lo que suele girarse la troza sucesivamente en cada corte. El mercado habitual de la madera de haya ha sido el de muebles, chapa de desenrollo, mangos de herramientas y traviesas. Ello conlleva una serie de inercias en las industrias relacionadas, un modo de aserrado de la troza, y en las calidades relacionadas de la madera.

Figura 1. Evolución de los aprovechamientos concedidos de madera de haya en Navarra (información facilitada por la Sección de Gestión Forestal del Gobierno de Navarra).

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2.3. Durabilidad del haya La norma UNE EN 350-2 (1995) aporta datos acerca de la durabilidad natural de la madera. Es importante reseñar que dicha durabilidad, según la propia norma, se refiere siempre al duramen, nunca a la albura, que se supone no durable. A partir de dicha norma, el haya se clasifica como "no durable" en relación al ataque de hongos, y "sensible" al ataque de xilófagos, tanto insectos de ciclo larvario como termitas. Por ello, es necesaria siempre la aplicación de tratamientos al haya para usos exteriores. Respecto al tipo de tratamiento a aplicar existen diversas normas que guían en esta tarea al prescriptor. Para el haya, es necesaria una penetración tipo NP3 (al menos de 6 mm, y en todas las caras) para clase de uso 3 y una penetración tipo NP5 (penetración total y todas las caras tratadas) para clase de uso 4. (CTE DB-SEM, 2009; UNE EN 351-1, 1996) Respecto a la facilidad de aplicación de dicho tratamiento, según la norma UNE EN 350-2 (1995), la madera de haya es impregnable (tipo 1, por lo que puede ser impregnada totalmente) tanto para la albura como para el duramen. La norma indica que cuando hay corazón rojo, la zona afectada es de tipo 4 (no impregnable), por lo que no se puede aplicar tratamiento en ese caso. Todo lo anterior se refiere a los métodos tradicionales de protección en madera, en los que se aplica el producto químico bien sea de forma superficial (pincelado o equivalente), o de modo más profundo, con tratamientos a presión como el autoclave. Este tipo de tratamiento, cuya tecnología es ampliamente conocida, es evidentemente, uno de los seleccionados en el estudio, como se contará en las siguientes secciones. 3. Objetivos El trabajo es el primero de una línea de trabajo propuesta por la Mesa de la Madera de Navarra (entidad que agrupa a las fuerzas principales del sector de la madera: propietarios forestales representados por Foresna Zurgaia, industrias de explotación primera y segunda transformación representados por ADEMAN, industria de producción de pasta de papel, Administración forestal, Federación de Municipios y Concejos de Navarra F.N.M.C y otros organismos y asociaciones), centrada en la propuesta de nuevos usos y mercados alternativos para las maderas locales. Dentro de ellas, se seleccionó, para hacer el primer estudio, la madera de haya. La tarea de coordinar el proyecto fue encomendada inicialmente a ADEMAN, la Asociación de las Empresas de la Madera de Navarra, quien lo lideró hasta la creación de la Cátedra Madera, a finales de 2011. Puesto que la Cátedra Madera surgió como una iniciativa del sector de la madera, en la que se solicitó al Gobierno de Navarra y a la Universidad de Navarra su creación para fomentar la cultura de la madera, era lógico que asumiera tras su creación el liderazgo de este proyecto. Además, la Cátedra, localizada en la Escuela de Arquitectura, disponía del personal adecuado para analizar la viabilidad constructiva de las posibilidades inicialmente planteadas, así como los medios para ensayar las características requeridas. También facilita la posterior difusión de los resultados, no sólo al sector forestal e

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industrial, sino también a los prescriptores, los arquitectos y profesionales relacionados con la construcción, principales destinatarios del producto final. 4. Metodología El trabajo se basa en el estudio de la situación de los montes de haya en Navarra (superficies, producción, evolución) y los usos actuales de su madera. Por ello, en la investigación colaboran la Cátedra Madera, iniciativa conjunta de la Universidad de Navarra y el Gobierno de Navarra, junto con la Asociación de Empresarios de la Madera de Navarra, ADEMAN. El objetivo concreto, en la primera etapa del trabajo, era proponer usos alternativos. Para ello, se creó un grupo de trabajo, en el que estaban representados la industria de primera y segunda transformación, los propietarios forestales y los prescriptores. Tras diversas reuniones de trabajo, sabiendo de la experiencia alemana previa, se desechó la idea de estudiar su empleo como madera estructural. Por ello, se decidió no iniciar líneas de trabajo similares, que habrían consistido en una clasificación estructural inicial, y en los estudios necesarios sobre la factibilidad de la laminación. En función de las características de la madera de haya (propiedades físicas, mecánicas, durabilidad, y facilidad de impregnabilidad), se planteó analizar la posibilidad de su empleo en el exterior, en usos tales como tarimas o fachadas. Como objetivo fundamental, desarrollar nuevos productos para la madera de haya, nuevas alternativas de uso, ya fuera a partir de tratamientos existentes o técnicas nuevas que posibilitaran su empleo en situaciones de exterior no consideradas hasta ese momento por la industria. Para ello, como primer resultado, era necesario analizar los tratamientos necesarios para las clases de riesgo correspondientes a los nuevos usos propuestos. 5. Resultados La normativa define clases de uso en función de la exposición de la madera al agua y su contenido de humedad. Según la clase de uso en la que vaya a colocarse la pieza y la especie, indica la necesidad o no de aplicar un tratamiento protector, y de qué tipo, dentro de los habituales. El Código Técnico de la Edificación (CTE DB-SE M, 2009) recoge la clasificación habitual de clases de uso. Dentro de ellas, se recogen como usos exteriores:  La clase de uso 3, aquélla en la que la pieza está al descubierto y por encima del suelo, de modo que el contenido de humedad puede superar el 20%. Dentro de esta clase, hay que distinguir dos subclases, 3.1 y 3.2, en función de si está cubierto o no, respectivamente.  La clase de uso 4 es aquélla en la que está en contacto con el suelo o con agua dulce, de modo que supera permanentemente el contenido de humedad del 20%. Según la clase de uso, es más probable un tipo u otro de ataques bióticos. En la norma UNE EN 599-1 (1996) se definen los tipos de ataques susceptibles en cada caso, y por tanto, aquéllos a evitar mediante el tratamiento.

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a. Natural (sin tratar)

b. Autoclave

c. Termotratada

Figura 2. Comparación de los tratamientos con madera de haya natural. Madera de haya sin tratar (izquierda), tratada con autoclave (centro) y termotratada (derecha).

Dado que la madera de haya tiene una durabilidad natural escasa, es necesario, como recogen las normas, tratar la madera de haya para su empleo en el exterior. Se realizó una selección de tratamientos disponibles. De los inicialmente planteados, se eligieron cuatro de ellos, descritos en este trabajo.

Cabe destacar que el objetivo principal del estudio no era tanto la evaluación pormenorizada y detallada de los mismos, sino abrir nuevas posibilidades a la industria, de modo que se puedan plantear usos alternativos a la madera de haya. Será tarea futura de la industria interesada analizar más en profundidad el tratamiento que le interese, y realizar los ensayos necesarios para su puesta en el mercado. La selección buscó siempre tratamientos ya existentes en el mercado a escala industrial, y que por tanto tuvieran posibilidades factibles de ser aplicados en corto medio plazo por la industria navarra. Dados dichos condicionantes, los tratamientos elegidos fueron finalmente cuatro: autoclave (Fig. 2.b), sustitución de savia, termotratamiento (Fig. 2.c) y nanotecnologías. En las siguientes subsecciones se explican más en detalle. 5.1. Autoclave El tratamiento de impregnación en autoclave (Fig. 2.b) consiste en mejorar la durabilidad de la madera frente a la acción de los agentes bióticos degradadores (hongos e insectos xilófagos) mediante la introducción de productos protectores con un tratamiento a presión. Es un tratamiento ampliamente probado en otras especies, principalmente coníferas. Aunque la normativa UNE EN-350-2 (1995) recoge la madera de haya como altamente impregnable, no existen experiencias conocidas en el tratamiento de madera de haya con este sistema. El fabricante del producto de tratamiento tampoco ha realizado experiencias en madera de frondosa similar. Dentro de la experiencia aquí comentada, se ha realizado el tratamiento de diversos lotes, con el objetivo de poder corroborar la impregnabilidad de la madera, identificar posibles problemas en el tratamiento y verificar los valores de penetración (profundidad del tratamiento) y cantidad de producto retenido en la pieza. Todos los tratamientos han sido realizados a escala industrial, en instalaciones de empresas socias de ADEMAN.

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5.2. Sustitución de savia El tratamiento de sustitución de savia consiste en la aplicación de un producto protector, similar al empleado en el tratamiento de autoclave. La diferencia principal respecto al anterior es el modo en que se impregna la pieza de madera. En lugar de hacerlo por vacío y presión, se aprovecha el flujo natural de la savia, que mediante presión hidrostática se empuja hacia fuera, mientras el producto protector ocupa su sitio. Este diferente modo de aplicación implica una diferencia con el tratamiento anterior: mientras en el autoclave la madera debe estar relativamente seca, en este caso, es necesario que la madera esté lo más verde posible. De no ser así, no puede ser tratada con éxito. Este condicionante puede constituir un inconveniente a la hora de gestionarlo a nivel industrial, puesto que exige coordinación entre las empresas implicadas. Además, la imposibilidad de aplicar el tratamiento a madera una vez seca restringe su campo de aplicación. Una posible ventaja de este tratamiento es que, al aprovechar el flujo natural de la savia, teóricamente podrían tratarse las zonas que la norma califica de no impregnables. Por lo demás, al aplicarse el mismo producto protector, es necesario verificar también la penetración y retención del mismo en la pieza. Este tratamiento es el único de los analizados para el que no se empleó maquinaria industrial, sino que fue tratado a pequeña escala en un laboratorio de un centro tecnológico. 5.3. Termotratamiento Es un concepto distinto a los dos anteriores. No implica la aplicación de un producto adicional, sino la modificación de las propiedades de la madera. En este caso particular, se modifica la estructura química de la madera mediante un ciclo combinado donde se alternan altas temperaturas y diferentes grados de humedad. Entre las ventajas del proceso, se obtiene un material con mayor estabilidad dimensional, pues se modifica también su higroscopicidad, y se mejora la resistencia a los ataques biológicos. Entre las desventajas del proceso, hay que reseñar la reducción de sus propiedades mecánicas, dureza y resistencia a la abrasión, y la posibilidad de problemas con los nudos, que se vuelven saledizos (HILL, 2006). También ha de tenerse en cuenta que el proceso aporta una coloración oscura a la madera (Fig. 2.c). Las ventajas y desventajas se relacionan directamente con la temperatura del tratamiento: a mayor temperatura, mayor disminución de propiedades mecánicas, pero complementariamente, mayor durabilidad. En la actualidad, la mayoría de tratamientos existentes se mueven en los intervalos de 180ºC y 260ºC, con mayores pérdidas de propiedades mecánicas cuanto mayor es la temperatura. Al igual que en el resto de tratamientos analizados, este proceso se ha desarrollado y comercializado principalmente para maderas de conífera. Es ya muy habitual encontrar en el mercado múltiples referencias en pino y abeto. Dada la baja de propiedades mecánicas, nunca puede ser usado estructuralmente, y se emplea principalmente en revestimientos y pavimentos.

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5.4. Nanotecnología Es una línea que ha cobrado vigencia en los últimos años. Se basa en la aplicación de productos basados en nanotecnologías, que aportan una capa hidrófuga y/o oleofugante. Son productos que actúan incrementando el ángulo de contacto de las gotas de agua sobre la superficie tratada, de modo que se forman esferas de agua fácilmente eliminables por arrastre o secado (OROZ, 2011). Producen excelentes resultados en la protección de superficies, manteniendo la transpirabilidad del material y preservándolo de la degradación ambiental. Se han aplicado ya con éxito en el ámbito de restauración sobre soportes pétreos. La iniciativa desarrollada dentro de este proyecto constituía la primera aproximación de los productos estudiados para madera. Existen en la literatura unos pocos ejemplos de aplicación en algunos casos de fachadas (TOUZA, 2012), como modo de protección de las testas especialmente. En el caso particular de este estudio, se analizó la viabilidad de dos productos desarrollados por una empresa navarra para soportes porosos. 6. Conclusiones y líneas de trabajo futuras. Tras la selección y aplicación de los tratamientos, se está procediendo a la segunda fase de la investigación, en la que se analizarán las propiedades físicas de la madera tratada. Entre otras características, se verificarán su dureza, resbaladicidad (resistencia al deslizamiento) y variación dimensional. Dichos resultados serán especialmente interesantes en el caso de la madera termotratada, en la que, en otros estudios, se ha señalado una disminución de las propiedades mecánicas (WIDMAN, BEIKIRCHER; 2010), así como de la dureza y resistencia a la abrasión. Estos dos últimos parámetros son especialmente sensibles para el uso en pavimentos, por lo que se estudiarán en mayor detalle y en comparación con productos ya existentes en el mercado. En paralelo, se van a desarrollar dos ensayos de campo a largo plazo para analizar la durabilidad de los tratamientos. Uno de ellos consistirá en un campo de estacas, según norma UNE 56-425-91 (1991), en las instalaciones de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Navarra. El segundo ensayo de campo consistirá en la construcción de un expositor en el que revestimientos de fachada y suelo de cada uno de los tratamientos serán expuestos a la intemperie, en condiciones reales de aplicación y exposición. La instalación se realizará en el exterior de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Navarra. Permitirá observar la vejez y la respuesta real de las piezas, a un plazo de unos cinco años. No ha de olvidarse la importancia de esta experiencia como expositor en el que mostrar a los futuros prescriptores las posibilidades de tratamientos de madera para su uso en exterior. Una vez obtenidos los resultados de las caracterizaciones mecánicas iniciales, serán comunicados, junto con la viabilidad de cada tratamiento, al sector industrial mediante la colaboración de ADEMAN. Será la industria quien decida posteriormente la inversión y conclusión de los trabajos iniciales.

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7. Bibliografía CTE DB-SE M.; 2009. Código Técnico de la Edificación. Documento Básico. Seguridad Estructural. Madera. Secretaria de Estado de Infraestructuras, Transporte y Vivienda. 126 páginas. Madrid, España. Disponible en http://www.codigotecnico.org FRÜHWALD, A., RESSEL, J.B., BERNASCONI, A; 2003. Hochwertiges Brettshichtholz aus Buchenholz. Bundesministerium für Bildung und Forschung. 181 páginas. Hamburgo, Alemania. HILL, C.; 2006. Wood modification: chemical, termal and other processes. Wiley. 239 páginas. West Sussex, Inglaterra. OROZ, T.; 2011. Imagínese que el mobiliario de su terraza no se mojara nunca. Más madera 5 Página 17. PERAZA, F., ARRIAGA, F., GUINDEO, A., GARCÍA, L.; 2004. Especies de maderas para carpintería, construcción y mobiliario. AITIM. 734 páginas. Madrid. UNE 56-425-91; 1991. Ensayo de campo para determinar la eficacia relativa de un protector de madera en contacto con el suelo. AENOR. 17 páginas. Madrid, España. UNE EN 350-2; 1995. Durabilidad de la madera y de los materiales derivados de la madera. Durabilidad natural de la madera maciza. Parte 2: Guía de la durabilidad natural y de la impregnabilidad de especies de madera seleccionadas por su importancia en Europa. AENOR. 44 páginas. Madrid, España. UNE EN 351-1; 1996. Durabilidad de la madera y de los productos derivados de la madera. Madera maciza tratada con productos protectores. Clasificación de las penetraciones y retenciones de los productos protectores. AENOR. 16 páginas. Madrid, España. UNE EN 599-1; 1997. Durabilidad de la madera y de los productos derivados de la madera. Prestaciones de los protectores de la madera determinadas mediante ensayos biológicos. Parte 1: Especificaciones para las distintas clases de riesgo. AENOR. 34 páginas. Madrid, España. TOUZA, M; 2012. Protección química, diseño constructivo y nuevas opciones de tratamiento de la madera en obra nueva. En Construcción en Madera, 18 de febrero de 2012. Cátedra Madera, Pamplona. VV.AA.; 2011. Informe 2010: Situación de los bosques y del sector forestal en España. Sociedad Española de Ciencias Forestales. 300 páginas. Madrid VV.AA.; 2012. Así es Navarra: La flora. Página web oficial de Gobierno de Navarra: http://www.navarra.es/home_es/Navarra/Asi+es+Navarra/Naturaleza/La+flora.htm. Acceso en diciembre 2012. WIDMAN, R., BEIKIRCHER, W.; 2010. Thermally modified beechwood as a structural material: allocation to European strength-classes and relevant grading procedures. En World Conference on Timber Engineering (WCTE 2010). Junio 2010, Riva del Garda, Italia.