Las tejas de madera caracterizan la apariencia de techos y fachadas en la región alpina y se han elaborado artesanalmente durante generaciones. Esta artesanía centenaria inspiró a investigadores de Empa y la ETH de Zúrich a utilizar este eficiente método de separación de la madera para producir nuevos tipos de materiales a base de madera. El trabajo se publica en la revista RILEM Technical Letters.
“En vista del creciente impacto del cambio climático en nuestros bosques y en el sector de la construcción, la producción de paneles a partir de madera partida es una opción obvia. Esto significa que pueden fabricarse con madera de diversa calidad y especies de madera dura, generan menos pérdida de material y deberían ser similares a los productos de madera maciza en cuanto a resistencia”, afirma Ingo Burgert, profesor de la ETH de Zúrich y líder de un equipo de investigación en Empa.
En Europa Central, la pícea, en particular, se ve sometida a una creciente presión debido a los largos periodos de sequía. Por lo tanto, las especies de árboles caducifolios más resistentes a la sequía desempeñarán un papel más importante en el futuro. Al mismo tiempo, la mayor parte de la madera de frondosas de este país se quema actualmente para generar energía, a pesar de que cada vez se construyen más edificios con madera, sobre todo porque, al ser un recurso renovable, fija el CO₂ en el material de construcción durante periodos más largos.
División para obtener el máximo rendimiento del material
Tradicionalmente, las tejas se parten a mano a partir de segmentos de troncos, mientras que los procesos industriales se basan en herramientas neumáticas de corte. «La producción de tejas nos muestra cómo se puede procesar la madera de forma eficiente en términos de energía y materiales», explica Burgert. «La madera se puede partir paralelamente a las fibras con un mínimo de energía y prácticamente sin pérdidas». Este procesamiento de la madera sin astillas aumenta considerablemente el rendimiento de la madera aserrada, que, en torno al 60%, es significativamente menor en los aserraderos suizos.
Sin embargo, en la producción tradicional de tejas, generalmente solo se utiliza madera blanda seleccionada de alta calidad. Para adaptar el proceso a especies de madera dura de menor calidad y partir palos más largos, los investigadores recurren a un proceso de división en dos etapas. Primero, se separan los elementos planos, que luego se procesan para obtener palos de madera de las dimensiones deseadas.
A escala de laboratorio, los investigadores adaptaron un aparato para partir leña. Gracias a un cabezal de corte multicuchilla, se pueden producir varias tablas o palos a la vez durante un mismo proceso.
Selección gracias a la IA
El proceso de división produce varillas de madera en la dirección de la veta sin cortar las fibras rígidas y resistentes. Sin embargo, la forma irregular de las varillas plantea un desafío. Para superarlo, Burgert y su equipo recurren a la inteligencia artificial (IA). Un sistema de cámara automatizado captura imágenes de alta resolución de cada varilla de madera, que se introducen en una red neuronal.
«Con la IA, podemos determinar propiedades importantes de la madera, como la rigidez de cada varilla, independientemente de su forma, tamaño o tipo», explica Mark Schubert, investigador de Empa. «Si en el futuro utilizamos diferentes tipos de madera de distintas calidades, la clasificación de la madera desempeñará un papel crucial. Con nuestros algoritmos de aprendizaje automático, generamos la mayor cantidad de datos posible sobre cada pieza de madera para optimizar su uso en materiales a base de madera con propiedades definidas».
El equipo ha prensado los primeros paneles sin clasificar previamente las varillas de madera. Aun así, el potencial de los demostradores fabricados ya es evidente: los paneles se pueden producir con un uso muy eficiente de los recursos y poseen propiedades mecánicas que los hacen ideales para componentes portantes en el futuro.
A pesar de los desafíos en términos de procesos de producción, unión, escalabilidad y previsibilidad de las propiedades del material, Burgert es optimista: “Nuestro proceso tiene el potencial de ofrecer una alternativa sostenible para el uso de la madera en tiempos de cambio climático acelerado”.
Fuente: Tech Xplore.
