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Usos actuales y posibilidades futuras de la madera de álamo Gaetano CASTRO1

La madera de álamo es altamente versátil El éxito del cultivo intensivo del álamo (figura 1) se debe, en parte, a la alta versatilidad de empleos de su madera y a sus principales propiedades, tales como la liviandad, el color claro, la alta homogeneidad y la facilidad para ser trabajada (descortezado, encolado y terminado).

Figura 1: Típica plantación madura de álamo (foto de A. Giorcelli).

La madera de álamo puede ser aplicada a diversos usos, en continua evolución, ya sea por la dinámica del mercado como por el desarrollo de las tecnologías industriales. Genera descarte mínimo: más allá de la fracción que puede considerarse como la “más noble” (alrededor del 70%), típicamente utilizada para la producción de paneles de compensado (madera laminada), la porción remanente es generalmente aplicada a la producción de tableros de partículas, embalajes industriales de tipo variado (como pallets y cajones para aplicación fruti-hortícola), pulpa y biomasa para energía (una posibilidad de aplicación muy interesante y ecológica, como alternativa a los tradicionales combustibles derivados del petróleo). Los principales empleos de la madera de álamo se representan en la figura 2, donde están agrupados sobre la base de las diferentes porciones del fuste (o bien, en relación a los diámetros del tronco de donde pueden ser obtenidos).

Figura 2: Esquema de los usos posibles para las diferentes porciones del árbol. 1) C.R.A.

- Istituto di Sperimentazione per la Pioppicoltura – [email protected]

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Por cierto, la gran difusión del cultivo especializado del álamo se debe a su rápido crecimiento y a la capacidad de adaptación a diferentes condiciones de suelo y clima (en tanto haya suficiente agua disponible). El gráfico que se presenta en la figura 3, basado en datos de la Comisión Internacional del Álamo, muestra las áreas cultivadas con álamo en el mundo.

Figura 3: Cultivo de álamo en el mundo

La situación del álamo en Italia brinda un claro ejemplo acerca de la importancia que puede alcanzar este género para la industria de la trasformación de la madera: el área cultivada con álamo en Italia constituye sólo el 1,3 % del área forestada total; sin embargo, representa cerca del 45 % de la madera rolliza producida en el país para uso industrial. Aspectos ecológicos del cultivo del álamo A raíz del creciente interés y sensibilidad puesta de manifiesto por la opinión pública hacia el medioambiente, se observa que los conceptos de “eco-compatibilidad” y “sustentabilidad” interesan en la actualidad a todos los sectores productivos, incluyendo el de la industria de la madera y paneles basados en la madera. Como consecuencia, también el cultivo del álamo está en este momento “bajo observación”, principalmente debido a la difusión a lo largo de riberas de ríos y cursos de agua en general, los que son considerados, por definición, como áreas: “sensibles” desde el punto de vista medioambiental. Justamente en estos ambientes, donde también la sensibilidad de la opinión pública es mayor, la populicultura se percibe muchas veces como la antítesis del bosque natural (argumentándose como principales desventajas: la degradación del paisaje, la reducción de la biodiversidad, la probable generación de problemas hidráulicos, “la polución verde”); a menudo olvidando que el álamo crece “fuera del bosque”, produciendo madera en áreas agrícolas, con un impacto ecológico mucho menor que el de los cultivos agrícolas, con una mejor salvaguardia de la biodiversidad. Más aún, en áreas agrícolas el cultivo de álamo puede funcionar como un “corredor biológico”, con un rol determinado en la fitorremediación y en la fijación del carbono. Es importante recordar que las plantaciones de álamo, cuando son manejadas correctamente minimizando el impacto ambiental, pueden ser certificadas de acuerdo a un esquema internacional (FSC o PEFC). Ello permitiría obtener materia prima para ser utilizada por las industrias, en el marco de una cadena entre la demanda de productos certificados, por parte de los consumidores, y la oferta que aún faltaba. Otro beneficio importante es la gran capacidad del álamo para la absorción de CO2 y para la fijación de Carbono. Una hectárea plantada con álamo puede absorber más de 25 toneladas de CO2. Se ha calculado que, teóricamente, su correspondencia en valor económico es de alrededor de1000 Dólares U.S. por año. 81

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Un último aspecto ecológico, relativo a la posible expansión del uso de productos derivados del álamo en otros sectores, incluyendo la construcción, es la sustitución de materiales que requieren un gasto energético más elevado. El compensado es el empleo más importante Entre los diversos usos posibles para la madera de álamo, el compensado –o paneles de madera laminada- (figura 4) concentra los mayores esfuerzos productivos de la populicultura tradicional, dado que es el más remunerativo, con ventaja sobre las demás aplicaciones. La madera de álamo se destina casi siempre al sector del mueble (incluyendo también aplicaciones en la industria de las casas rodantes), donde su liviandad (debida a la baja densidad) es muy apreciada y prácticamente imposible de alcanzar con otros productos. Sin embargo, deber tenerse presente que el compensado constituye un producto que ha alcanzado una “madurez” de desarrollo y aplicaciones de carácter superior, al punto que resulta difícil imaginar nuevas alternativas de desarrollo para este tipo de paneles. Ello en parte se debe, por un lado a la competencia de nuevos paneles basados en madera de uso creciente y, a menudo, más económicos, (por ejemplo OSB); por otro lado, a la estricta tipología de “aplicaciones técnicas”, sujeta a requisitos específicos, no fáciles de satisfacer y/o sustituir con los correspondientes a otros tipos de paneles.

Figura 4: Paneles de madera compensada de álamo.

Cabe señalar que si el rango de posibles aplicaciones técnicas es limitado, ello no se relaciona con características intrínsecas “desfavorables” de la madera de álamo, si bien no pueden negarse su baja durabilidad natural cuando es expuesta a agentes atmosféricos externos y sus propiedades mecánicas, considerablemente modestas. En realidad, ese reducido rango principalmente se debe a que en muchos países donde el álamo viene siendo cultivado en forma intensiva (entre ellos, Italia), el uso de la madera (y paneles basados en madera) para propósitos estructurales es tradicionalmente reducido. Paneles “ingenierizados” (“engineered wood products”) En muchos otros países –caso de Canadá, Estados Unidos, Francia, Alemania y algunos países del Norte de Europa- el uso de la madera para propósitos estructurales o edificación es mucho más frecuente. Allí, la madera sólida (utilizada típicamente en forma de vigas) frecuentemente es sustituida de modo ventajoso con productos derivados de la madera denominados “ingenierizados”, expresamente diseñados y desarrollados para satisfacer requerimientos propios de aplicaciones específicas en el ámbito edilicio. Las razones principales del éxito de estos productos son las siguientes: •

•

optimización del comportamiento físico-mecánico y reducción de la variabilidad natural de la madera, lograda a través de una selección de la materia prima y una recomposición controlada, con la finalidad de obtener productos más isotrópicos y homogéneos; aumento de la durabilidad del producto elaborado, logrado a través de mecanismos químicos y/o físicos (por ejemplo, mediante tratamientos específicos o por la elección de adhesivos apropiados). 82

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Gracias a estas características, balanceadas en función de requerimientos de los usos específicos previstos, estos productos han podido ganar importantes sectores del mercado. De este modo, un producto manufacturado que fue un “commodity” (producto semi-terminado para propósitos generales) ha sido transformado en un “specialty” (un producto-servicio dirigido a un uso específico bien definido). Es interesante observar que estos productos no son fabricados a partir de maderas particularmente resistentes o durables, sino de materiales a menudo bastante similares al álamo cultivado (por ejemplo, Aspen o álamos temblones del tipo Populus tremuloides), como se muestra en la tabla siguiente:

Producto Compensado finlandés de abedul (Betulla) o tipo “Combi” Compensado OSB de Norte América de abeto y otras maderas livianas

Densidad Durabilidad del producto natural de la madera utilizada (kg/m3) (EN 350/2) 600-700 muy baja

Principales aplicaciones todos los sectores

400-500

baja

600

muy baja

construcción, transportes, cajonería construcción

600

muy baja

construcción

Intrallam® - LSL, elaborado con Aspen (Populus tremuloides, P. grandidentata) Parallam® - PSL elaborado con Yellow Poplar (Liriodendron tulipifera)

La madera de álamo es muy apreciada por su aspecto visual y por la alta calidad de terminación que es factible de alcanzar. Sin embargo, debido a los precisos procesos de selección realizados a través de mejora genética y a las técnicas de cultivo intensivo frecuentemente adoptadas, posee una baja densidad y, en correspondencia, propiedades mecánicas modestas si se lo compara con los citados Aspen y Yellow Poplar. Por otro lado, gracias a la óptima relación entre la performance y el peso, su eficiencia estructural es muy alta. Sin embargo, es importante notar que, si las exigencias del mercado orientaran a los forestadores hacia una madera de álamo de densidad más elevada, deberían elegir para las plantaciones otros clones mejorados que, aún con crecimientos superiores al ampliamente extendido en todo el mundo clon Populus x canadensis ‘I-214’, brinden una madera más densa y de comportamiento mecánico netamente superior (20 – 30 % más que el ‘I-214’). Estos clones no son comúnmente cultivados, básicamente en razón de que su madera, de características estéticas inferiores, es menos apreciada por la tradicional industria del compensado. Ejemplos históricos de usos estructurales de la madera del álamo En Italia, varios ejemplos históricos de aplicación de la madera de álamo en el ámbito de la construcción (aún cuando existía disponibilidad de otras especies maderables) prueban que no hay razones técnicas para no utilizar madera de álamo para propósitos estructurales: Ejemplo: Estructura del techo de la “Sala delle feste” – Valentino Castle - Torino, siglo XVIII. Partes de la estructura central del techo del Teatro “Verdi” - Pisa, siglo XIX. Estructuras del puente del viaducto Paderno d’Adda - Como, siglo XIX. Fabricación de aeroplanos, hasta alrededor de 1930 (partes del fuselaje, de las alas, etc.), en varias marcas famosas (como Caproni, Savoia-Marchetti, etc.). Tablas para andamiaje y encofrados.

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Fuente: Bertolini C. Carmassi M., 1994 Bertolini C., 1989 Giordano G., 1983

Giordano G., 1964

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En estos casos, la madera de álamo fue elegida en virtud de su liviandad y muy buena estabilidad dimensional; algunos problemas relativos a su modesta durabilidad y al comportamiento mecánico recibieron oportuna consideración y fueron resueltos en la etapa de diseño: estas estructuras prueban aún su resistencia. Madera laminada- encolada de álamo (“Gluelam”) Entre los motivos que han obstaculizado el uso de la madera de álamo en la construcción, debe tenerse en cuenta la falta del concepto de bosque puro de álamo como tal; los álamos han siempre crecido distribuidos esporádicamente, en forma heterogénea y alcanzando raramente las dimensiones requeridas para la producción de vigas estructurales para uso edilicio. Hoy en día, gracias a la tecnología del “gluelam” (madera laminada-encolada), las dimensiones de la materia prima ya no constituyen una limitación: partiendo de una transformación industrial tradicional como es el aserrado, ahora es posible obtener productos (vigas estructurales) de dimensiones virtualmente ilimitadas. El autor, junto a colegas de otras estructuras de investigación, ha llevado a cabo varios estudios acerca de la posibilidad de utilización de madera de álamo para la producción de madera laminada-encolada o “gluelam”. Seguidamente, se comenta una síntesis de los principales resultados obtenidos. Los primeros estudios se llevaron a cabo sobre madera de álamo de plantaciones de cultivo; todas las fases del proceso fueron estudiadas tanto en el laboratorio como a nivel industrial. Los resultados, y en particular la alta fiabilidad de la capacidad de unión o adhesividad del producto encolado logrado, probaron que la madera de álamo es perfectamente adecuada para este uso. Ello, a pesar de que los bajos valores de rigidez y resistencia a la flexión limitaran considerablemente la aplicación, no permitiendo la clasificación de estas viguetas laminares, en el marco de “Eurocode 5” (el estándar europeo que estipula los requerimientos para todas las estructuras de madera). A pesar de los bajos valores de resistencia a la flexión, el comportamiento al corte de la madera de álamo resultó muy interesante, sugiriendo que esta madera podría ser utilizada de manera ventajosa en viguetas de luces o espacios pequeños o en la porción central de viguetas laminares mixtas. Entonces, se comenzó a verificar experimentalmente la posibilidad de elaborar elementos laminares (“gluelam”) con alta eficiencia estructural (entendida como la relación entre características relacionadas con el comportamiento mecánico y la densidad de la madera) mediante la combinación de madera de álamo (en torno al eje central) con especies más duras dotadas de características mecánicas notablemente superiores, dispuestas simétricamente en la laminación externa (figura 5).

Figura 5: Series de viguetas mixtas de álamo-eucalipto luego de la prueba de flexión (foto G. Castro).

La primera especie que mezclamos con el álamo fue Eucalyptus grandis, caracterizada por un rendimiento mecánico muy alto y por valores de contractibilidad similares a la madera de álamo. Los resultados mostraron que, utilizando eucalipto para el par de laminaciones (o productos laminares) externas (o bien, 2/7 de la altura de la sección), en combinación con cinco laminaciones centrales de álamo, es posible obtener un incremento del 78 % en la resistencia a 84

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la flexión (MOR) y del 50 % en el módulo de elasticidad (MOE) con respecto a las viguetas realizadas exclusivamente con madera de álamo; por su parte, el módulo de corte G permanece casi igual. La unión a través del encolado demostró una completa seguridad, ya sea entre las laminaciones de la misma especie como así también en la interfase entre ambas. Con este comportamiento, estas viguetas pueden ser clasificadas fácilmente de acuerdo al criterio de clases de resistencia estipuladas por “prEN 1194” para viguetas mixtas. La figura 6 muestra el resultado de las pruebas mecánica de las viguetas. De izquierda a derecha del gráfico, se representan los datos relativos al incremento progresivo de las laminaciones de eucalipto, partiendo (izquierda) de viguetas confeccionados íntegramente con álamo y finalizando (derecha) con los elaborados solamente con eucalipto.

Figura 6: Módulos de elasticidad y eficiencia estructural para todas las series mixtas de viguetas de álamo y eucalipto.

Tomando en consideración estos interesantes resultados, se decidió extender la investigación a otras dos especies de interés potencial: abeto rojo (Picea abies Karst.) y alerce (Larix decidua Mill.). Combinando estas especies con álamo, también resultó interesante estudiar el efecto de la distinta contractibilidad sobre los planos de unión o encolado durante el riguroso test de deslaminación requerido por el estándar europeo EN 391. Valorando el comportamiento mecánico en términos de eficiencia estructural, tanto para las viguetas mixtas entre álamo y abeto, como las de álamo y alerce, los mayores valores fueron obtenidos con las viguetas que tenían las dos laminaciones de abeto o alerce en posición externa de cada lado (para un espesor del orden de 4/11 de la altura de la sección) y las siete laminaciones centrales de álamo. Estas viguetas mostraron un incremento de alrededor del 65 % en MOE y del 45 % en MOR, comparados don las viguetas elaboradas totalmente en álamo. Considerando el aspecto económico, la solución “mixta”, de sustitución del abeto o alerce por álamo en las siete laminaciones centrales, podría dar por resultado un ahorro de entre el 20 y 25 % de los costos, en relación a las estructuras logradas íntegramente con abeto o alerce. La capacidad de adhesión (evaluada por un test de corte y varias pruebas de deslaminación) mostró una vez más completa seguridad, también en la interfase mixta entre las dos especies. Una ventaja adicional que brindan las viguetas mixtas es el comportamiento a la rotura: los gráficos de carga de deformación, que resultaron de los test de flexión, los muestran menos frágiles (más “dúctiles”) que las viguetas elaboradas a partir de una especie única. Considerando la importancia de tal comportamiento, particularmente en términos de seguridad estructural en áreas sísmicas, decidimos concluir nuestro Proyecto de investigación con un estudio específico acerca del comportamiento frente a la rotura de las viguetas asimétricas de álamo y eucalipto. Muestras de estas especies, combinadas asimétricamente, manifestaron un mejor comportamiento a la flexión, tanto para la energía disipada como para la relación entre la deformación de ruptura y la deformación elástica. La energía disipada en la carga final, y a la posterior reducción del 5% de tal carga, resultó significativamente más alta en las viguetas de tipo mixto. En pruebas de elasticidad cíclicas, las muestras mostraron un comportamiento elástico perfecto. 85

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Los patrones de ruptura de las muestras con especies mezcladas fueron muy interesantes. La ruptura de compresión, a través de toda la laminación de álamo, avanzó desde el lado comprimido hacia el lado bajo tensión, moviendo el eje neutral cerca hacia la línea encolada (a la interfase entre álamo y eucalipto). Esto causó una elongación macroscópica de la gráfica de carga de deformación. Conclusiones y consideraciones finales Si bien la madera de álamo obtenida de plantaciones especializadas puede ser aplicada a usos diversos, hasta el presente se encuentra limitada principalmente a propósitos no-estructurales. Sin embargo, a pesar que la madera de álamo posee pobres propiedades mecánicas en valores absolutos, tiene también buena homogeneidad y una alta eficiencia estructural, lo cual podría ser la clave del éxito para su expansión hacia aplicaciones estructurales (la madera de álamo podría ser utilizada ventajosamente en la porción central de elementos estructurales, cuyas partes externas se realizan con materiales más fuertes). En este caso, el diseño correcto, la seguridad del producto y la disponibilidad de información técnica precisa son los principales factores que pueden garantizar el éxito y aún la utilización creciente de esta madera en el sector de la construcción. En lo que respecta a los nuevos paneles “ingenierizados” (“engineered wood products”), algunos productos requieren poca innovación (paneles de madera de álamo para propósitos especiales), mientras que otros son más complejos de producir: este es el caso con LVL ó OSB, un producto que está actualmente ganando grandes porciones del mercado (figura 7).

Figura 7: Paneles O.S.B. usados como valla temporaria (foto L. Sebastiani).

Un último uso posible es la producción de madera laminada-encolada (“gluelam”), donde la madera de álamo puede mezclarse con la de otras especies. Para cerrar, con el punto de vista del productor de álamo, a continuación se exponen simplificadamente algunos modelos de cultivo, con diferentes propiedades que determinan su uso: •

densidad de plantación: muy alta (> 5000 árboles/ha); rotación: 1 a 2 años; clones: muy rápido crecimiento; objetivo: material prima adecuada para la producción de tableros de partículas y de biomasa para energía;

•

densidad de plantación: densa (alrededor de 1000 árboles/ha); rotación: 4 a 5 años; clones: de rápido crecimiento y alta densidad de la madera; objetivo: material adecuado para la producción de pallets o paneles tipo OSB;

•

densidad de plantación: cultivo intensivo tradicional (alrededor de 300 árboles/ha); 86

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rotación: 10 a 12 años, con varias operaciones (por ejemplo, poda) para maximizar la calidad de la madera; clones: de baja densidad y madera muy clara; objetivo: material adecuado para la producción de madera laminada para mueblería y para la industria de casas rodantes; •

densidad de plantación: cultivo intensivo tradicional (alrededor de 300 árboles/ha); rotación: 10 a 12 años, con mínimas operaciones de manejo para minimizar costos; clones: de rápido crecimiento y alta densidad de la madera; objetivo: material adecuado para la producción de cajonería, pallets y madera laminada para usos específicos y construcción.

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