CLT: Ένα νέο προϊόν ξύλου, πολλά υποσχόμενο στις δομικές κατασκευές

Του Μιλτιάδη Απ. Παππά: Πολιτικού Μηχανικού Τ.Ε. MSc. 
E-mail:miltiadispappas@yahoo.gr
Επιμέλεια κειμένου: Γιάννακας Ιωάννης -Εκδόσεις eWood

Οι τάσεις στη σύγχρονη δόμηση επιβάλλουν όλο και περισσότερο τη χρήση του ξύλου ως ένα υλικό φιλικό προς το περιβάλλον, προσδίδοντας ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στην κατασκευή. Τα πλεονεκτήματά του ξύλου άλλωστε, το έχουν καταστήσει μόνιμο αντικείμενο έρευνας σε χώρες που η ξυλεία και η δόμηση με ξύλινα στοιχεία αφθονεί.

Παρόλο που στη χώρα μας το ξύλο δεν έχει ιδιαίτερη παράδοση στις δομικές κατασκευές, ωστόσο, τον τελευταίο καιρό αυξάνεται διαρκώς, εστιάζοντας κυρίως στο κομμάτι της εσωτερικής αρχιτεκτονικής, όπως έγινε και στην τελευταία ανακαίνιση γνωστού ελληνικού σούπερ μάρκετ.

Τάση ζήτησης και ανάπτυξης του CLT. Πηγή:www.elkefficienthouses.gr

Η ανάπτυξη των μεθόδων βελτίωσης στα δομικά συστήματα που χρησιμοποιούνται, με βάση το ξύλο, εστιάζει κυρίως σε σύγχρονες μεθόδους, όπως τα υβριδικά συστήματα κατασκευών όπου αναφερόμαστε σε συνδυασμό διαφορετικών υλικών (ξύλο με μέταλλο, με ανθρακόνημα κτλ).

Ένα από αυτά είναι και οι κατασκευές από Σταυρωτή Επικολλητή Ξυλεία (CLT) ακρωνύμιο των Αγγλικών λέξεων (Cross Laminated Timber).

Ένα υλικό που παρότι πολύ νέο στη χώρα μας, μετρά ως τώρα πάνω από 25 χρόνια στο εξωτερικό και κυρίως σε Βόρειες χώρες όπως είναι η Αυστρία και η Γερμανία.

Κατασκευές από CLT (Σταυρωτή Επικολλητή Ξυλεία)

Πρόκειται για ένα δομικό σύστημα στο οποίο μεγάλες ξύλινες επιφάνειες, που είναι ειδικά προκατασκευασμένα πάνελς τοιχοποιίας, αποτελούν οι ίδιες τον φέροντα οργανισμό ενός κτιρίου.

Αυτή η κατασκευαστική μέθοδος είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στον τομέα των ξύλινων κατασκευών, κάτι που αποδεικνύεται από τη ραγδαία αύξησή του σε όλο τον κόσμο.

Το μέγεθος και η αντοχή του κάθε πάνελ, καθώς και τα είδη ξύλου που χρησιμοποιούνται, εξαρτώνται από τους διάφορους κατασκευαστές, τις στατικές απαιτήσεις και το επιθυμητό αρχιτεκτονικό αποτέλεσμα.

Βασικά πλεονεκτήματα του CLT

Το CLT χρησιμοποιείται τόσο σε τοίχους όσο και σε δάπεδα/οροφές, προσφέροντας πολλά πλεονεκτήματα, με βασικότερο ότι το ίδιο μπορεί να αποτελεί τον φέροντα οργανισμό ενός κτιρίου, παραλείποντας ουσιαστικά την ύπαρξη δοκών και κολόνων για την παραλαβή των φορτίων, όπως συμβαίνει στις συμβατικές κατασκευές από μπετόν.

Η διασταυρούμενη μέθοδος συγκόλλησης παρέχει βελτιωμένη σταθερότητα στο προϊόν, σε όλες του τις διαστάσεις, επιτρέποντας έτσι την προκατασκευή μεγάλων πλακών δαπέδου καθώς και ενιαίους μεγάλους τοίχους δίχως την υποστήριξη κολόνας ή δοκών.

Είναι εύκολο στο σχεδιασμό, αισθητικά ελκυστικό αλλά και οικονομικό, σε σχέση με τις ιδιότητες που παρέχει, αφού η συναρμολόγηση του δεν απαιτεί εξειδικευμένα εργαλεία.
Επίσης, η καλή θερμομόνωση, ηχομόνωση και απόδοση υπό συνθήκες πυρκαγιάς καθώς και τα πρόσθετα οφέλη που προέρχονται από τη δομή του ξύλου, που είναι συμπαγές, το καθιστούν ένα εξαιρετικό σύγχρονο τεχνολογικά προϊόν.

Γνωρίζοντας τα CLT πάνελ

Photo: https://www.nordic.ca/

Τα CLT πάνελ κατασκευάζεται από πολλές στρώσεις συμπαγούς ξυλείας, σε ορθογώνιο εναλλασσόμενο προσανατολισμό προς τις γειτονικές στρώσεις, και πάντα σε μονό αριθμό που ξεκινάνε από 3 ως ελάχιστος αριθμός.

Η κάθε στρώση είναι έτσι τοποθετημένη ώστε οι ίνες της να βρίσκονται κάθετα σε σχέση με τις ίνες των γειτονικών, δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό μια “σταυρωτή” δομή επιτυγχάνοντας ιδιότητες ακαμψίας, υψηλής αντοχής σε διάτμηση και κάμψη, αποφυγή ρικνώσεων/διογκώσεων από μεταβολές υγρασίας, προσδίδοντας έτσι στα CLT πάνελ μια αμφίδρομη ικανότητα δράσης, παρόμοια με μία πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος.

Συνήθεις διαστάσεις και διαμόρφωση του CLT

Οι ρητίνες που χρησιμοποιούνται για τη συγκόλληση των στρώσεων είναι ικανές ώστε να διατηρηθούν ακέραιες οι επιφάνειες για ολόκληρο το προσδόκιμο ζωής της κατασκευής.

Στην αγορά κατασκευάζονται πάνελ διαφορών στρώσεων, με το πάχος κάθε στρώσης να ποικίλει, ξεκινώντας από 1,7 cm έως τα 8,0 cm. Το συνολικό πάχος του πάνελ κυμαίνεται από 5 cm έως 34 cm αν και μερικές εταιρείες προσφέρουν κατά παραγγελία και CLT µε πάχος που φθάνει τα 50 cm.
Το μήκος των πάνελ μπορεί να φτάσει και τα 20 m ενώ όσον αφορά το πλάτος, ποικίλει ανά εταιρεία, µε αυτό να κυμαίνεται από 1,25 έως 3 m.

Το CLT κατασκευάζεται συνήθως με τρία έως επτά στρώματα και ακόμη περισσότερα σε ορισμένες περιπτώσεις.

Για την κατασκευή του κάθε στρώματος χρησιμοποιείται ξυλεία κωνοφόρων και κυρίως είναι ελάτη ή ερυθρελάτη, όμως, κατά περίπτωση και ανάλογα µε τις ανάγκες κατασκευής μπορεί να χρησιμοποιηθεί και συνδυασμός διαφορετικής ξυλείας στο ίδιο πάνελ.

Χρωματικές ποιότητες του CLT (Προσαρμογή από Shickhofer, 2013)
Τύποι πάνελ διαφορετικού πάχους, (Φωτ: Μιχάλης Σκαρβέλης)

 

Βήματα κατασκευής

Το κλειδί, για μια επιτυχημένη διαδικασία κατασκευής CLT, είναι η συνέπεια στην ποιότητα της ξυλείας και στον έλεγχο των παραμέτρων που επηρεάζουν την ποιότητα της πρόσφυσης, καθώς επίσης και οι αυστηρές δοκιμές ποιοτικού ελέγχου στο εργοστάσιο, ώστε να εξασφαλιστεί ότι τα τελικά προϊόντα CLT θα είναι κατάλληλα για τις επιδιωκόμενες εφαρμογές. Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζονται ενδεικτικά τα βήματα κατασκευής του CLT πάνελ. (Προσαρμογή από Shickhofer, 2013)

Η κοπή των σανίδων και η διαμόρφωση των εγκάρσιων επιφανειών σε δακτυλικό αρμό ξυλείας (finger-jointing) χρησιμοποιείται για να επιτευχθούν τα επιθυμητά μήκη. Η δυνατότητα αυτή είναι εφικτή, αλλά δεν συνιστάται παρά μόνο για την κατά μήκος ένωση (επιμήκυνση) των επί μέρους σανίδων.

Η κόλλα είναι το δεύτερο σημαντικό υλικό μετά το ξύλο, όπου πρέπει να πληροί τις ίδιες απαιτήσεις με εκείνες που χρησιμοποιούνται στην επικολλητή ξυλεία και περιλαμβάνουν ειδική πολυουρεθάνη, μελαμίνη και φαινολικές ρητίνες. Συνήθως χρησιμοποιείται πολυουρεθάνη, ώστε να «σκληραίνει» σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Μόλις εφαρμοστεί η κόλλα μεταξύ των πλακών, το πάνελ πιέζεται με υδραυλικά πιεστήρια ή με κενό και πεπιεσμένο αέρα, ανάλογα με το πάχος του και την κόλλα που χρησιμοποιήθηκε.

Γραμμή παραγωγής πάνελ CLT. (Πηγή: http://kallesoemachinery.com)

Τα συναρμολογημένα πλέον πάνελ πλανίζονται ή λειαίνονται για να αποκτήσουν μια ομαλή επιφάνεια στο τέλος της διαδικασίας.

Έπειτα, με τη χρήση του μηχανήματος CNC (Computer Numerically Controlled), που επιτρέπει κοπές υψηλής ακρίβειας, δημιουργούνται τα ανοίγματα για τα παράθυρα, τις πόρτες και τα κανάλια εξυπηρέτησης, ηλεκτρολογικά κ.τ.λ.
Αφού ελεγχθεί η ποιότητα του προϊόντος από το ίδιο το εργοστάσιο, ώστε να εναρμονίζεται με τα πρότυπα συμμόρφωσης που καθορίζονται για τα CLT, συσκευάζονται λαμβάνοντας σειριακό αριθμό παραγωγής.

Υλικά συνδέσεων των πάνελ

Ένα άλλο πολύ μεγάλο κεφάλαιο στην κατασκευή κτηρίων από CLT αφορά τα υλικά σύνδεσης των πάνελ.

Εκεί τα υλικά περιλαμβάνουν βίδες, μεταλλικές γωνιακές συνδέσεις καθώς και συνδέσεις σε τοίχους διασταύρωσης, οι οποίες διαχωρίζονται σε ορατές και μη. Επίσης θερμομονωτικά και ηχομονωτικά υλικά καλύπτουν κάθε ανάγκη της σύγχρονης δόμηση από CLT.
Παρακάτω απεικονίζεται συνοπτικά η τοποθέτηση κάποιων υλικών σε ένα κτίριο καθώς και η κατηγοριοποίηση τους, αναλόγως των δυνάμεων στις οποίες υπόκεινται.

Τοποθέτηση ελασμάτων κατά περίπτωση

Γωνίες σε εφελκυσμό
1. Τοίχου – Τοίχου
2. Τοίχου – Θεμελίωσης
Oι παραπάνω γωνίες πρέπει να χρησιμοποιούνται εκεί όπου υπάρχει σημειακή δύναμη εφελκυσμού, τυπικά σε αντιστοιχία με τις γωνίες και τα ανοίγματα, τόσο στο έδαφος όσο και σε ύψος.
Γωνίες σε διάτμηση
3. Τοίχου – Δάπεδο Ορόφου / Τοίχου – Τοίχου
4. Τοίχου – Θεμελίωσης
Οι γωνίες σε εφελκυσμό πρέπει να χρησιμοποιούνται με εκτεταμένο τρόπο για τη μεταφορά των δυνάμεων διάτμησης, τόσο για τη σύνδεση ξύλου-ξύλου όσο και ξύλου-τσιμέντου.
Διάτρητα ελάσματα (σε διάτμηση ή σε εφελκυσμό)
5. Τοίχου – Θεμελίωσης (εφελκυσμός)
6. Τοίχου – Τοίχου (εφελκυσμός)
7. Τοίχου – Θεμελίωσης (διάτμηση)
Τα μεταλλικά διάτρητα ελάσματα επιτρέπουν τη μεταφορά τόσο δυνάμεων εφελκυσμού όσο και διάτμησης για συνδέσεις ξύλου-ξύλου και ξύλου-τσιμέντου, σε συνάρτηση με τη χρησιμοποιούμενη τυπολογία.
Αυτοδιατρητικές βίδες
8. Τοίχου – Τοίχου
9. Δάπεδο Ορόφου – Δάπεδο Ορόφου
10. Τοίχου – Τοίχου (υπό γωνία)
11. Δάπεδο Ορόφου – Τοίχου

Για κάθε τυπολογία ενέργειας καταπόνησης υπάρχει, εντός της γκάμας αυτοδιατρητικών συνδέσμων, η ιδανική λύση για να ικανοποιηθούν οι σχεδιαστικές ανάγκες της εκάστοτε κατασκευής. Δηλαδή για την ικανοποίηση όλως των πιθανών τρόπων σύνδεσης αναπτύχθηκαν και αντίστοιχοι τύποι μεταλλικών συνδετικών, που καθιστούν τη σύνδεση εύκολη, γρήγορη, ταχύτατη και ανταποκρίνονται απόλυτα στις απαιτήσεις του σύγχρονου Ευρωκώδικα 5 για τις ξύλινες κατασκευές.

Σε περίπτωση αστοχιών είτε σεισμικών δονήσεων που μπορεί να προκαλέσουν ζημιές, η επιτόπια αποκατάσταση είναι μια εύκολη και ασφαλής υπόθεση. Γι’ αυτό άλλωστε το ύψος μιας κατασκευής από CLT μπορεί να ανέλθει σε 40m, ενώ το μέγεθος των «καθαρών» ανοιγμάτων (χωρίς παρουσία κολόνας) υπερβαίνει τα 7m.
Γενικά, ο χρόνος ολοκλήρωσης μιας οικοδομής από CLT είναι πολύ μικρός (έως 3 μήνες), ασύγκριτα μικρότερος από μια τυπική κατασκευή από σκυρόδεμα.

Ανοίγματα σε δομικά στοιχεία CLT. (Πηγή: http://www.clt.info.Details-EN.pdf)
Κανάλια εξυπηρέτησης σε CLT

Η απόδοση στη φωτιά

Σύγκριση της θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων δομικών υλικών (Πηγή: Schickhofer, 2013)

Τα CLT πάνελ έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν μια πολύ καλή άμυνα στη φωτιά, συγκρίνοντάς τα πάντα με τα συνήθη αντίστοιχα μη εύφλεκτα υλικά. Αυτό οφείλεται στην εγγενή φύση της επί μέρους ξυλείας (με την εξαιρετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα) και στο πάχος της κατασκευής, με αποτέλεσμα η φωτιά να δρα αργά και μάλιστα σε προβλέψιμο ρυθμό, επιτρέποντας έτσι στο ξύλο να λειτουργήσει μαζικά ως σύστημα και να διατηρήσει σημαντικά τις ιδιότητες του για αρκετή ώρα σε εκτεταμένη και διαρκή φωτιά.

Πειράματα αντίστασης στη φωτιά διάρκειας 115 λεπτών. (Πηγή: Benichou and Dagenais, 2015)

Έχει ολοκληρωθεί ήδη μια σειρά πειραμάτων αντίστασης σε πυρκαγιά πλήρους κλίμακας, για να καταστεί δυνατή η σύγκριση μεταξύ της αντίστασης στη φωτιά, που μετράται κατά τη διάρκεια μιας πρότυπης δοκιμής, και στην θεωρητικά υπολογιζόμενη.

Παράλληλες ερευνητικές δραστηριότητες, σχετικά με την αντίσταση στη φωτιά των CLT, διεξάγονται επίσης σε διάφορα ιδρύματα όπως το Πανεπιστήμιο Carleton στον Καναδά και το Oregon State University και FPL στις ΗΠΑ. Τα μέχρι σήμερα αποτελέσματα δείχνουν παρόμοια ή και καλύτερη συμπεριφορά με αυτήν του συμπαγούς ξύλου μεγάλου πάχους, δηλαδή αντοχή στη χρονική διάρκεια και αργή ανάπτυξη της φωτιάς (Benichou, 2015).

Συμπεράσματα

Φωτο: http://performgroup.net/services/green-buildings/

Η παγκόσμια παραγωγή τσιμέντου στις μέρες μας, ευθύνεται για το 5% των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα ετησίως, ποσοστό το οποίο ξεπερνά αυτό που αντιστοιχεί στις αερομεταφορές.

Οι προβλέψεις μιλούν για διπλασιασμό στις παραγωγής τσιμέντου μέσα στις δύο επόμενες δεκαετίες, κάτι που σημαίνει και μεγαλύτερη επιβάρυνση στο κλίμα.

Κρούοντας τον κώδωνα του κινδύνου έχουμε την υποχρέωση στις επόμενες γενιές να διαφυλάξουμε την ισορροπία των κλιματολογικών συνθηκών του πλανήτη και να αναζητήσουμε νέα φυσικά και οικολογικά υλικά.

Η κατασκευή κτιρίων από CLT σήμερα είναι εφικτή και διαρκώς αυξανόμενη στην Ευρώπη και την Β. Αμερική.

Οι δοκιμές συνεχίζονται ανά τον κόσμο υποβάλλοντας τεμάχια CLT σε διάφορες καταπονήσεις, όπως ο σεισμός, η αντίσταση στη φωτιά, κλπ., όπως επιβάλλεται για κάθε νέο υλικό δείχνοντας ως τώρα θετικά αποτελέσματα άξιο να αντικαταστήσει μεγάλες μεταλλικές κατασκευές ακόμη και κατασκευές από σκυρόδεμα.

Σχετικά άρθρα:
Πως το ξύλο μπορεί να σώσει τον πλανήτη από την κλιματική αλλαγή!
Από ξύλο θα κατασκευάζονται τα σύγχρονα οικολογικά κτίρια!
Από ξύλο θα κατασκευαστεί ο ψηλότερος ουρανοξύστης στον κόσμο!


ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
[1] Παππάς Μ. (2017). Σταυρωτή επικολλητή ξυλεία (CLT): Εφαρμογές ενός νέου προϊόντος ξύλου στις δομικές κατασκευές, Διπλωματική εργασία, Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Προηγμένες Μέθοδοι Κατασκευής Προϊόντων από Ξύλο», Τμήμα Σχεδιασμού και Τεχνολογίας Ξύλου και Επίπλου/ΤΕΙ Θεσσαλίας, 2017, σελ. 100
[2] Σκαρβέλης Μ. (2016). Ενεργειακή απόδοση των ξύλινων κατοικιών. Σημειώσεις ΜΠΣ «Σύγχρονοι μέθοδοι κατασκευής προϊόντων από ξύλο», Τμήμα Σχεδιασμού και Τεχνολογίας Ξύλου και Επίπλου/ΤΕΙ Θεσσαλίας, 2015, σελ. 52
[3] Harris R., Ringhofer A., Schickhofer G. (2013). Focus Solid Timber Solutions- European Conference on Cross Laminated Timber (CLT), Austria, 21-22 May 2013, Pages 3-36, 138-151, 166-182, 207-250
[4] Harris R., Tomasi R. (2014). Structural design of Cross Laminated Timber, CLT Training course (Vol.1&Vol.2), Italy, 15-17 April 2014, Pages 175-214
[5] Shickhofer G. (2013). CLT – European Experience, Idea & Development, Technology & Applications,
Presentation in the frame of the CLT Forum 2013, Tokyo, 24 October, Pages 40
[6] Benichou N., Dagenais Ch. (2015). Performance of CLT assemblies in fire, National Research Council Canada, 28 May 2015, Pages 44
[8] TRADA (2015). Cross-laminated timber: introduction for specifiers. WIS 2/3-61, p. 10.
•https://www.seattle.gov/dpd/cms/groups/pan/@pan/documents/web_informational/dpds021903.pdf (CLT Handbook)
• http://www.elkefficienthouses.gr
• http://www.ufpi.com/en/products/finger-jointed-studs.aspx
• http://kallesoemachinery.com/products/wood/plants-and-machines/press-plants_ud/high-frequency-press-lines/clt-press-line-for-multi-layered-building-material.aspx
• http://www.kathimerini.gr/392731/article/epikairothta/kosmos/ellhnas-ekane-to-tsimento-prasino