Caracterización mecánica de clones de chopo MC y Luisa Avanzo y su viabilidad para laminados estructurales

Abstract

El chopo, específicamente el Populus x euramericana (Dode) Guinier, es un árbol fundamental en la economía, la cultura y el medio ambiente de la provincia de Granada, valorado por su rápido crecimiento y su adaptabilidad en zonas de ribera. Históricamente, las plantaciones regulares de chopo han sido esencial tanto en el desarrollo agrario como en la industria maderera de la región, destacándose por su uso en estructuras desde tiempos romanos hasta la modernidad. Esta Tesis Doctoral aborda una evaluación de las propiedades dasométricas y mecánicas del chopo, concretamente en los clones MC y Luisa Avanzo. El objetivo principal es determinar su viabilidad para aplicaciones estructurales mediante la implementación de metodologías avanzadas de caracterización destructiva y no destructiva, abarcando todo el proceso desde el árbol en pie hasta el desarrollo y caracterización productos estructurales procedentes del aserrado de la madera: vigas laminadas (MLE) y paneles contralaminados (CLT). En primer lugar, se ha llevado a cabo una caracterización no destructiva utilizando métodos acústicos para medir el módulo de elasticidad dinámico y la densidad en diferentes etapas de crecimiento del chopo procedente de Granada. Esta fase inicial proporciona información relevante para obtener un mejor conocimiento sobre el distinto comportamiento de los clones y sus fases de crecimiento. Posteriormente, se realizó una caracterización a nivel nacional, seleccionando un total de 6 plantaciones distribuidas por las principales cuencas de España (Ebro, Guadalquivir y Duero). Con ellas se ha realizado un detallado análisis del proceso de aserrado, incluyendo rendimiento maderero, cubicación y trazabilidad del material en las parcelas seleccionadas. La madera obtenida fue sometida a pruebas de tracción y de contracción volumétrica, que permitieron su inclusión en normativas estructurales (UNE-EN 1912:2012 y UNE 56546:2024), demostrando su aptitud como material estructural de construcción con clase resistente T10. Además, se elaboraron prototipos de vigas laminadas, las cuales se evaluaron mediante técnicas destructivas y no destructivas. Se realizaron ensayos de flexión a cuatro puntos y se estudiaron las propiedades de encolado, uniones dentadas, delaminación y durabilidad frente a la exposición al exterior con diversos productos comerciales. Todos estos ensayos se realizaron en el laboratorio de la Unidad de Investigación de Madera Estructural de Andalucía (UIMA) perteneciente a la Universidad de Granada y en el laboratorio acreditado ENAC de la Plataforma de Ingeniería de la Madera Estructural (PEMADE) de la Universidad de Santiago de Compostela, Campus Terra de Lugo. Igualmente se ha realizado una investigación sobre paneles de madera contralaminada (CLT) basados en el uso de madera de chopo. Mediante ensayos a flexión, se han evaluado configuraciones monoespecies y mixtas de chopo y pino laricio (Pinus nigra). Se emplearon tanto métodos destructivos como no destructivos para investigar la correlación de las mecánicas. Adicionalmente, en el LaBoratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) en la École nationale supérieure d’Arts et Metiers (ENSAM) de Cluny, se analizaron paneles de CLT mezclando diferentes especies autóctonas francesas, como chopo y roble francés (Quercus petraea). Este estudio se centró en la determinación del módulo a cortante de los paneles, utilizando simulaciones mediante elementos finitos y ensayos de flexión en rango elástico monitoreados con la técnica de Correlación de Imagen Digital (DIC). Se realizó también un estudio de delaminación para evaluar la integridad de los paneles fabricados en ambas campañas. Finalmente, se desarrolló un análisis sobre la detectabilidad de la actividad de termitas mediante emisión acústica (EA), demostrando la viabilidad de detectarlas en el rango de los ultrasonidos y de determinar su localización. Los resultados sobre los clones MC y Luisa Avanzo han demostrado con éxito su viabilidad para su empleo en construcciones sostenibles en productos de madera técnica, bien como productos monoespecie o mixtos. Las pruebas mecánicas y dasométricas revelan que ambos clones no solo cumplen con los estándares estructurales requeridos, sino que también ofrecen beneficios adicionales en términos de sostenibilidad y eficiencia en el uso de recursos. Los resultados de esta Tesis, elaborada en el marco de los proyectos LIFE Wood for Future y Revierte, coordinados por la Universidad de Granada, son de enorme importancia para su transferencia a través de la empresa spinoff de la UGR, Iberolam Timber&Technology, como base para el desarrollo de un ecosistema de construcción con madera de proximidad en Andalucía.

Black poplar, specifically Populus x euramericana (Dode) Guinier, is a fundamental tree in the economy, culture and environment of the province of Granada, valued for its rapid growth and adaptability in riverbanks. Historically, poplar plantations have been essential in both agricultural development and the timber industry in the region, standing out for its use in structures from Roman times to modern times. This Doctoral Thesis deals with an evaluation of the dasometric and mechanical properties of poplar, specifically in the MC and Luisa Avanzo cultivars. The main objective is to determine its viability for structural applications through the implementation of advanced methodologies of destructive and non-destructive characterization, covering the whole process from the standing tree to the development and characterization of structural products from the sawing of the wood: glued-laminated timber (GLT) and cross-laminated timber (CLT). First, a non-destructive characterization was carried out using acoustic methods to measure the dynamic modulus of elasticity and density at different growth stages of poplar from Granada. This initial phase provides relevant information to obtain a better understanding of the different behavior of the cultivars and their growth stages. Subsequently, a national characterization was carried out, selecting a total of 6 plantations distributed throughout the main basins of Spain (Ebro, Guadalquivir and Duero). A detailed analysis of the sawing process was carried out with them, including wood efficiency, cubing and traceability of the material in the selected plots. The wood obtained was subjected to tensile and volumetric shrinkage tests, which allowed its inclusion in structural standards (UNE-EN 1912:2012 and UNE 56546:2024), displays its suitability as a structural building material with resistance class T10. In addition, prototype glulam beams were developed and evaluated using destructive and non-destructive techniques. Four-point bending tests were carried out and the properties of gluing, finger-joints, delamination and durability against outdoor exposure with some commercial products were studied. All these tests were carried out in the laboratory of the Structural Wood Research Unit of Andalusia (UIMA) at the University of Granada and in the ENAC accredited laboratory of Structural Wood Engineering Platform (PEMADE) at the University of Santiago de Compostela, Campus Terra from Lugo. Research has also been carried out on cross-laminated timber (CLT) panels based on the use of poplar. Monospecies and mixed configurations of poplar and pine (Pinus nigra) have been evaluated by means of bending tests. Both destructive and non-destructive methods were used to investigate the correlation of mechanics. Additionally, at the LaBoratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) at the École nationale supérieure d'Arts et Metiers (ENSAM) in Cluny, CLT panels mixing different French native species, such as poplar and oak (Quercus petraea), were analyzed. This study focused on the determination of the shear modulus of the panels, using finite element simulations (FEM) and elastic range bending tests monitored with the Digital Image Correlation (DIC) technique. A delamination study was also carried out to evaluate the integrity of the panels fabricated in both campaigns. Finally, an analysis of the detectability of termite activity by acoustic emission (AE) was developed, proving the viability of detecting termites in the ultrasound range and determining their location. The results on MC and Luisa Avanzo cultivars have successfully demonstrated their viability for use in sustainable timber, either as monospecies or mixed products. Mechanical and dasometric tests reveal that both clones meet the required structural standards, and also offer additional benefits in terms of sustainability and resource efficiency. The results of this Thesis, elaborated in the framework of the LIFE Wood for Future and Revierte projects, coordinated by the University of Granada, are of huge relevance for its transfer through the spinoff company of the UGR, Iberolam Timber&Technology, as a support for the development of an ecosystem of construction with proximity wood in Andalusia.