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Madera Estructural les da la bienvenida en este blog con la madera como protagonista. Quiero compartir con vosotros las noticias relevantes del sector, tecnologías, materiales, técnicas, diseño, software, literatura técnica, etc. que tengan relación con la construcción en madera.

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Como continuación del anterior post Sistemas constructivos pocos conocidos para construir casas de madera – 3ª parte, seguimos enumerando más sistemas constructivos.

Estos sistemas constructivos se clasifican, por su formato y composición y para este post, en:

  • Elementos lineales de madera.
  • Bloques o piezas de materiales derivados de la madera.
  • Paneles/módulos con piezas de madera y/o otros materiales.
  • Estructuras + piezas.

 

Elementos lineales de madera:

Es un proyecto del Institute for Computational Design and Construction de la Universidad de Stuttgart, Alemania, para ser expuesto en la Exposición Internacional de la Construcción (IBA) de Apolda, Turingia.

 

Como en una cabaña de troncos, en vez de un apilamiento horizontal, los elementos de madera maciza se disponen como marcos verticales escalonados. “De este modo, los elementos verticales se orientan en la fuerte dirección de la madera, lo que permite el aserrado de ranuras en la madera maciza sin que se vea afectada su capacidad estructural. Estas finas ranuras sirven como cortes para aliviar la tensión, lo que evita que la madera maciza se raje. Esto garantiza la estabilidad dimensional y la estanqueidad, dos aspectos importantes en la construcción tradicional de troncos. Al mismo tiempo, las ranuras se utilizan como cámaras de aire muerto, reduciendo la conductividad térmica y aumentando los valores de aislamiento del material. La fabricación digital se emplea para producir juntas herméticas de alta precisión para conectar los elementos de madera sin necesidad de sujetadores metálicos o adhesivos. El sistema de construcción de un solo material, altamente sostenible, actúa como estructura, cerramiento y aislamiento”.

Se obtiene un valor U de 0,20 W/(m²K).

Así, “El proyecto explora un novedoso sistema de construcción de madera maciza para crear de forma económica envolventes de construcción monomateriales, arquitectónicamente expresivas y respetuosas con el medio ambiente”.

Se trata de conseguir envolventes de casi un único material, la madera.

Recuerda mucho al sistema de Gisler Holzhaus, tratado en el post anterior.

“Las simulaciones indican que el demostrador debe cumplir con los estándares de Passiv Haus”.

Y, “será monitoreado de cerca para verificar los resultados de las pruebas en condiciones de la vida real”.

 

Thomas Müller

Foto: Thomas Müller

Bloques o piezas de materiales derivados de la madera.

Casi se usa sólo un material bio-renovable, el corcho expandido. No es madera, pero, como ella, es un producto de la silvicultura. Es una casa construida en Berkshire, Inglaterra, y fue diseñada por el arquitecto Mathew Barnett con un enfoque radicalmente simple y sostenible. Las paredes monolíticas y cubiertas con ménsulas se han construido con bloques de corcho con juntas en seco. La forma de esta casa recuerda las construcciones megalíticas celtas.

Se presenta como un kit de autoconstrucción diseñado para “el desmontaje, que es carbono negativo al finalizar, es decir, ha absorbido más dióxido de carbono del que se emitió durante Todo el proceso de construcción. La casa tiene un carbono de vida útil excepcionalmente bajo (619 kgCO2e/m2 a lo largo de una vida útil de 60 años): en una comparación de carbono con proyectos de referencia genéricos compilados por los Perfiles de Carbono de Sturgis, su carbono de vida entera es menos del 15% de una casa de nueva construcción, aproximadamente un tercio de un passivhaus con estructura de madera sin energías renovables, y menos de la mitad de eso para un edificio de carbono cero operacional”.

 

Es un proyecto del Clemson University Institute for Intelligent Materials, Systems and Environments (CU-iMSE) de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Clemson, Carolina del Sur, EE. UU. Surgió de la participación en el Solar Decathlon 2015 de la universidad.

Se trata de un método de ensamblaje de edificios con componentes, precortados con máquinas de CNC, de madera contrachapada entrelazados que se mantienen unidos con abrazaderas de acero inoxidable, que pueden ser ensamblados rápidamente por trabajadores relativamente inexpertos. El montaje, dicen, es intuitivo.

Una ventaja del enfoque Sim[PLY] es que los planos de construcción digitales pueden enviarse por correo electrónico a cualquier taller equipado con herramientas CNC y un stock de tableros estándar de madera contrachapada. Los componentes se pueden montar sin necesidad de herramientas eléctricas o equipos pesados. Los edificios se pueden desmontar con la misma facilidad con la que se montan sin dañar los componentes.

Se usa una rejilla de 1,22 m., pero el espaciamiento de los montantes puede variar entre 0,61 y 0,305 m, dependiendo de las cargas. Los travesaños se parecen a las cerchas Larsen, un diseño que simplifica la plomería y el cableado, a la vez que reduce los puentes térmicos.

Encontrar una alternativa a las conexiones clavadas en los marcos convencionales fue clave. “La idea era que, si podemos reconfigurar la forma en que la madera está unida, usando un conector metálico diferente, podemos usar el metal para mantener el edificio unido en lugar de una clavija comprimida en cortante. Rediseñamos todo nuestro sistema en torno a cómo utilizaríamos el metal y los conectores de manera diferente. Sigue una lógica muy similar a la de los entramados ligeros tradicionales de madera, en el sentido de que hay montantes, conexiones de placas de soleras y estribos, muy similares a los entramados de las plataformas. Es sólo que el trabajo se está haciendo con la forma en que estas piezas de contrachapado están diseñadas y sujetas con abrazaderas de acero inoxidable”.

El equipo de Clemson Decathlon está tratando de convertir sus ideas en un sistema de construcción completo y comercializable.

El sistema aún no está listo para su uso a gran escala. Y el grupo sigue trabajando en algunas cuestiones técnicas difíciles. Entre ellos se encuentra la longitud máxima de los componentes de construcción, actualmente limitada a 2,44 m debido a que las piezas se cortan de láminas estándar de madera contrachapada de 19 mm. Hasta que el equipo diseñe y pruebe los empalmes para conectar los componentes, los edificios estarán limitados a un piso de altura. El grupo trabajará en los planos de un edificio de varios pisos y ya ha desarrollado algunos prototipos y modelos simples para las conexiones que permitirán que el sistema crezca más allá de sus límites actuales.

Se han completado rigurosas pruebas estructurales y verificación de que el entramado podía cumplir con los requisitos sísmicos del entorno de competición del sur de California (categoría sísmica D2). Esta misma prueba también demostró que las paredes de cortante Sim[PLY] son adecuadas para los vientos huracanados de las costas de Carolina del Norte y Carolina del Sur (hasta 217 Km/h).

Los desarrolladores de Clemson piensan que Sim[PLY] sería ideal para casas construidas por sus dueños, y particularmente para casas pequeñas. Los estudiantes de arquitectura han ideado un pequeño prototipo de casa que podría enmarcarse en un solo día, y la universidad dice que el Departamento de Defensa de Estados Unidos ha estudiado los edificios Sim[PLY] para su posible uso como vivienda temporal. Se está estudiando la aplicación de Sim[PLY] a las estructuras de emergencia en casos de desastre. Las autoridades italianas que buscan opciones de alojamiento temporal en las regiones afectadas por los terremotos han estado en contacto con la escuela.

 

Desarrollado por el estudio de arquitectura británico Studio Bark, es un sistema de bloques de construcción de paquetes planos para ensamblar, por una o dos personas sólo con un martillo y un atornillador, cualquier construcción (asequible y adaptable) e, incluso, muebles, con un enfoque de economía circular. El bloque es un cajón de tablero contrachapado (de abeto o abedul) u OSB, de variadas dimensiones.

Un buen ejemplo es el proyecto The Box house.

Es un proyecto de dos arquitectos franceses de la Escuela Nacional Superior de Arquitectura de Nantes, Fabien Le goff y Cédric Jenin, y premiado en el concurso Mini Maousse que, en su sexta edición, tenía como tema: “Concevoir une unité d’habitation temporaire, éco pensée et économe”.

Los arquitectos describen su proyecto como un “lego a escala humana”. Se trata de construir viviendas provisionales de calidad, “modulares, adaptables, apilables y transportables“, para personas en situación de precariedad.

Desde un punto de vista estructural, el principio constructivo principal es el de los ladrillos de madera de 96 x 20 x 22 cm. El prototipo utiliza 5 tipos diferentes de ladrillos. Los ladrillos, así como el revestimiento exterior, están hechos de abeto. Están rellenos de un aislamiento de celulosa soplada. Una membrana impermeable y una barrera de vapor completan el complejo de la pared. En el interior, un revestimiento de tablero contrachapado para ocultar la distribución de las redes.

Se prestó especial atención a la modularidad del sistema para hacer el prototipo desmontable y móvil.

Aquí hay un video.

Paneles/módulos.

 

La empresa estadounidense BamCore ha patentado el panel estructural Prime Wall, tras 10 años de desarrollo, que consiste en un panel de pared hueca, sin montantes, que puede llenarse uniformemente con cualquier aislamiento soplado. Los paneles están hechos de bambú tras un aplanado que no utiliza calor, productos químicos ni agua. Según el director ejecutivo de BamCore, Hal Hinkle, el bambú de madera es el material de construcción más ecológico del mercado actual.

El panel de BamCore consiste en cuatro capas de chapa laminada de bambú, de de 6,35 mm de espesor, forradas con chapas de abeto Douglas de 3,18 mm en ambas caras para un espesor total de 31,75 mm.

En el proceso de fabricación no se utiliza calor, agua, vapor o productos químicos para preparar, moler y fabricar el bambú en chapas.

Para el laminado de las capas de bambú y abeto se usa el isocianato.

El espesor de la pared se puede aumentar de un equivalente de 2×4 pulgadas a un equivalente de 2×12 pulgadas por casi nada más que el costo del aislamiento adicional.

Fabricar los paneles sin montantes (mejor dicho, eliminando el 90 % de ellos) significa, al minimizarse los puentes térmicos provocados por los mismos, un valor R de aislamiento mejorado y, por ende, ofrecer un mejor valor U general. “Los analistas de energía determinan el efecto del puente térmico basado en montantes calculando un “factor de armazón” para estimar qué cantidad de la pared está puenteada térmicamente por los elementos de madera. En California, el factor de armazón promedio de los entramados convencionales en 2002 fue del 27% (Según el informe preparado en 2002 por la Comisión de Ingeniería Enermodal para la Energía de California)”.

Recientes pruebas independientes documentaron que el componente de paneles a base de bambú del sistema Prime Wall de BamCore ofrece una tasa de transmisión de vapor de agua o de permanencia ocho veces mayor que los productos de madera convencionales como el OSB y la madera contrachapada”.

Los paneles de BamCore alcanzan una clasificación de propagación de la llama mejor que cualquier producto de madera no tratada, ya sea macizo o de ingeniería.

 

El Sistema Pagano es un sistema de prefabricación bidimensional para la fabricación de módulos completos de pared. Su concepto central es la agregación de elementos modulares de pared, cuyas partes estructurales son de madera, diseñadas para el ensamblaje en módulos también compuestos de muros sin carga, acabados, servicios mecánicos y eléctricos, y que se fabrican antes de su montaje en la obra.

La clave de bóveda del sistema Pagano es que se permite componer cualquier tipo de módulo de pared utilizando en cada caso dos carreras gemelas, o carriles, portantes – una superior y otra inferior- dentro de los cuales se insertan diferentes componentes estándar sin limitaciones de función.

La estructura de carga consiste en una estructura plana bidimensional, en la que todos los componentes estructurales (pilastras, vigas principales, vigas interiores y del suelo, cerchas, correas y estructuras secundarias y terciarias) están hechos de madera laminada de coníferas con un revestimiento encolado de iroko para conseguir más durabilidad.

La estructura del edificio es como un entramado. Sin embargo, al utilizar paneles rígidos de pared y montantes entre las vigas gemelas de soporte del tejado y el suelo, la rigidez del entramado longitudinal se incrementa considerablemente, de forma muy parecida a la de una viga de celosía.

Las vigas gemelas de soporte superior e inferior crean una sola estructura con las verticales. La unión entre los componentes de madera mediante pernos actúa como una única unión articulada que une los componentes de la viga de celosía.

Esta estructura se asemeja a una estructura longitudinal muy rígida, capaz de soportar cualquier fuerza, ya sea debida al viento, a un terremoto o a cualquier otra causa. Además, la estructura puede transmitir dichas fuerzas a la estructura de soporte por debajo mediante la conexión de cajas de sujeción metálicas.

La rigidez de la sección transversal del sistema es proporcionada por otras paredes transversales.

La presencia de los paneles sándwich autoportantes en los suelos crea un “efecto de compartimentación”. En otras palabras, los pisos actúan como losas infinitamente rígidas en el plano horizontal, y por lo tanto reaccionan como una viga de caja si se colocan en un plano paralelo al suelo.

La filosofía de construcción por agregación de Pagano se basa en una elección estructural precisa: un edificio se esquematiza como un sistema celular global donde tanto los elementos de la pared como los pisos se comportan como muros de vigas garantizando la seguridad sísmica de acuerdo con la normativa.  Los componentes de conexión están asegurados por bisagras fáciles de montar, altamente resistentes y equipadas con dispositivos de regulación y control. Además, los elementos del suelo se construyen con paneles sándwich autoportantes que actúan como placas infinitamente rígidas en el plano horizontal y reaccionan como una viga de caja colocada en un plano paralelo al suelo.

Vigas laminadas forradas con tablillas de iroko

 

Esta empresa canadiense de Ontario prefabrica en taller los módulos para paredes como paneles 2D (llamados Standard Plus) con un espesor de 305 mm y un valor R de 8,45.

Sigue el sistema tradicional de las estructuras ligeras (light framing) pero mejorado, mejor dicho, simplificando al máximo, siguiendo el estándar Passivhaus en base a la física de la construcción.

Se compone, desde el exterior hacia el interior: el revestimiento; una membrana Solitex Mento Plus, de ProClima y abierta al vapor y resistente a la intemperie (ésta es la particularidad de este sistema: en vez de dos capas de revestimiento de tablero como arriostramiento (sheating) como sucede en las casas de estructura ligera se usa una membrana y una capa de tablero); aislamiento de celulosa dentro de un cajón, con un espesor según proyecto; un tablero contrachapado de 19 mm de espesor (sí que actúa como diafragma o arriostramiento), que actúa como barrera de aire y retardador de vapor, y la cavidad con montantes de 2 x 6 pulgadas (con más aislamiento) donde se pueden colocar las instalaciones técnicas de electricidad, fontanería, etc. Así no se taladra o perfora la barrera de aire-vapor. En obra, los paneles (o más bien cajones) se fijan y se sellan con cinta adhesiva.

Aunque es bastante similar al de otras empresas de su entorno (Ecocor, etc.), considero que tiene una más acertada selección de materiales (contrachapado frente a Zip System).

Se suministra sin acabados exteriores e interiores ya que los clientes son contratistas y autoconstructores.

Se consigue una construcción muy estanca y aislada.

Es una empresa más de las cada vez más numerosas y emergentes que forman parte de la comunidad de fábricas de paneles o módulos para casas pasivas de las regiones canadienses de la Columbia Británica y Nueva Inglaterra.

Imagen de Lloyd Alter

 

Estructuras + piezas

 

El Kit IMBY (In My Back Yard) es una iniciativa de un equipo de arquitectos australiano liderado por Adriano Pupilli para crear un sistema de construcción modular que “debía tener la flexibilidad necesaria para ser añadido, sustraído, reconfigurado, revestido de diferentes maneras, colocado uno al lado del otro y también empaquetado y transportado a otro lugar”, sin usar clavos o adhesivos.

El módulo estructural básico es la bahía para formar una serie de marcos de pórticos que soportan los revestimientos y revestimientos de techos, paredes y suelos. “Las bahías se pueden sumar o restar según las necesidades espaciales, o se pueden colocar múltiples IMBY’s lado a lado para extender el área de piso aún más, o se pueden organizar alrededor de un espacio exterior o patio para crear una serie de pabellones”.

Se usan paneles de madera contrachapada de pino Ecoply y ensambles tipo mortaja y espiga de la carpintería tradicional mecanizados con máquinas CNC.

 

Este sistema modular tridimensional y desmontable ha sido creado por el Dr. Bill Thomas, de la empresa estadounidense MINKA Homes & Communities, en colaboración con los daneses AJG Arkitekter, para desarrollar una plataforma de viviendas asequibles a nivel mundial que pueda adaptarse para satisfacer las necesidades de personas de diferentes edades y capacidades.

Utiliza la fabricación CNC para mecanizar piezas de madera microlaminada para crear un sistema de pórticos unidos con paneles personalizables. Se ha creado un sistema modular 3D, con un número limitado de componentes, que permite configuraciones casi infinitas de paredes, paneles, postes y vigas.

Pero todo esto se enmarca en un sistema de fabricación escalable y portátil, “permitiendo la fabricación local distribuida para grandes pedidos. La Fábrica de Minka es 100 por ciento portátil. Debido a que las máquinas pueden fabricar las 24 horas del día, los componentes para trabajos domésticos individuales pueden imprimirse desde la fábrica en días y enviarse en una sola caja de contenedor de carga.  Para desarrollos a gran escala, las impresoras Minka portátiles pueden desplegarse en el lugar de trabajo, lo que permite ahorrar tiempo y costes”.

Más información aquí.

Los daneses AJG Arkitekter también han creado otro sistema constructivo, el N-state, flexible y que permite cambios frecuentes y rápidos.  Consta de cinco tipos de módulos diferentes, hechos de madera contrachapada, mecanizada con máquinas CNC, y ensamblados con cables tensados. Aflojando dichos cables se desmontan los módulos. De esta manera, pueden formar columnas estables o vigas en todas las direcciones ortogonales.

La vivienda moderna no funciona como un objeto estático y aislado, sino que es más bien una especie de centro de la red que constituye nuestra vida cotidiana. Una red que cada vez más, además de los muebles tradicionales, consiste en sistemas y electrodomésticos tecnológicos que extienden, conectan, amplifican, expanden y desafían nuestra comprensión común de lo que es un hogar”, dice el arquitecto y socio de AJG Architects, Thomas. T. Jensen.

Es un sistema constructivo patentado por la empresa nipona Nice Holdings, Yokohama. En Europa lo distribuye Suteki Europe NV, en Bélgica, pero la madera procede y se mecaniza en Austria.

Este sistema se inspira en la construcción de casas de madera de Japón, pero racionalizando y reforzando el entramado de postes y vigas, considerado como el punto débil de las viviendas de madera.

Una de las características de este sistema es el uso de conectores de acero fundido al carbono especialmente diseñadas para unir los componentes del entramado de madera, dando así a la estructura una mayor resistencia. Otra característica del sistema: no se utilizan tornillos, por lo que no hay peligro de que se aflojen al encogerse la madera.

La solución es elegante y ha demostrado su valor en Japón, incluso en términos de resistencia sísmica.

 

 

Como habitantes de este planeta, somos conscientes de vivir en un planeta redondo. Pero como profesionales y usuarios de la construcción en madera, sólo concebimos la madera como escuadrada (con dos caras y dos cantos), ya sean de secciones rectangulares o cuadradas. Y consideramos a las secciones redondas como algo propio de construcciones rústicas o de las cabañas de troncos. No obstante, la construcción con piezas de sección redonda nos atrae por su atavismo. Pero todo se conjura en contra de las secciones redondas:

  • La maquinaria actual está hecha para las secciones escuadradas. Se contemplan como opcionales los accesorios para mecanizar piezas redondas.
  • En cuanto a los catálogos de conectores para madera, se dedican unas pocas páginas, pero enfocados a construcciones rústicas (vallas, etc.).
  • Apenas no hay tablas de predimensionado con secciones redondas para el cálculo de estructuras.
  • El software de cálculo de estructuras está adaptado, generalmente, a secciones escuadradas.
  • Y había poca bibliografía.

Pero con las recientes investigaciones se ha puesto en valor la construcción de estructuras con maderas de sección redonda.

Imagen de Paul Kelley, cortesía de Whole Trees Architecture and Construction

De entre la reciente bibliografía, y en expansión, es este artículo científico, Whole timber construction: A state of the art review, el que nos ofrece una excelente panorámica de la construcción con madera ‘entera’ o de sección redonda.

De forma concisa, en este artículo expone que:

Los bosques de todo el mundo están repletos de árboles de pequeño diámetro. Esta sobrepoblación es causada principalmente por el bajo valor de mercado de estos árboles de pequeño diámetro, que, por lo general, no son aptos para la producción de madera aserrada y producen precios bajos cuando se venden para combustible de biomasa, papel o productos de madera de ingeniería a base de fibras. Una considerable investigación en las últimas décadas ha demostrado el potencial de estos árboles de pequeño diámetro para ser utilizado como piezas redondas mínimamente procesadas como elementos estructurales en edificios, puentes, torres, y otras infraestructuras.

La madera de sección redonda tiene numerosos beneficios como material estructural, incluyendo un bajo impacto en el ciclo de vida, un bajo costo de las materias primas y una posible integración en las prácticas forestales sostenibles.

Se suceden múltiples innovaciones en el procesamiento de materiales, conexiones y sistemas estructurales que han permitido demostrar la viabilidad de la construcción de madera redonda para una amplia gama de contextos.

Se han desarrollado nuevas soluciones para abordar el agrietamiento longitudinal, un importante problema técnico, como los nuevos métodos de extracción y secado de núcleos del tronco.

En cuanto a desafíos futuros, la investigación futura debe centrarse en el desarrollo de soluciones estructurales rentables y comercializables centrados en los sistemas prefabricados.

No obstante, ha habido poca o ninguna investigación sobre el comportamiento ante el fuego de madera redonda en estructuras.

Es probable que los sistemas estructurales de madera entera ocupen un papel cada vez más importante en las aplicaciones en las que son una solución de construcción apropiada desde el punto de vista ambiental, social y económico.

 

En el artículo se ofrece, al final, una excelente bibliografía sobre el tema.

Uno de los autores, Aurimas Bukauskas, es autor de una web que ofrece un catálogo de estructuras de madera ‘entera’.

 

Referencia bibliográfica:

Bukauskas, Aurimas & Mayencourt, Paul & Shepherd, Paul & Sharma, Bhavna & Mueller, Caitlin & Walker, Pete & Bregulla, Julie. (2019). Whole Timber Construction: A State-of-the-Art Review. Construction and Building Materials, 213, 748-769, https//doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.043.

 

El artículo se puede conseguir también aquí.

 

Pocos son los que pueden considerarse como los tipos estructurales más sencillos, fabricados con el menor número posible de secciones, la menor cantidad de mecanización y el menor uso de conectores, es decir, con la menor huella de carbono posible.

Sólo la madera, como material, cumple con estos requisitos. Con ella pueden construirse estructuras radicales en su sencillez. Se pueden considerar unos principios que Lloyd Alter expuso en un post:

“Porque cada edificio debe tener los siguientes atributos:

  • Descarbonización radical: diseño para minimizar las emisiones de carbono iniciales.
  • Suficiencia radical: diseñar el mínimo para hacer el trabajo, lo que realmente necesitamos, lo que es suficiente.
  • Simplicidad Radical: diseño para usar la menor cantidad de material posible, sea lo que sea.
  • Eficiencia radical: diseñado para usar la menor cantidad de energía posible.”

 

Pero hay otro material que puede considerarse como el competidor directo de la madera: el bambú. Se construyen hermosas edificaciones sólo con pocas secciones cilíndricas y cuerdas.

Chiangmai Life Architect’s Bamboo Sports Hall for Panyaden International School

No obstante, el bambú pertenece a una cultura propia en Asia y en expansión en Sudamérica. Pero en nuestro entorno (Europa, Latinoamérica, Norteamérica y Oceanía), sólo disponemos de la madera.

 

Los tipos estructurales son:

  • Estructuras recíprocas:

Las estructuras recíprocas son conocidas por los constructores desde tiempos inmemoriales para salvar de forma eficiente grandes vanos mediante el uso de elementos cortos de madera que se apoyan mutuamente entre sí. Además, eran atractivos para edificios donde se requería un rápido montaje y desmontaje. Sin embargo, debido al complejo comportamiento estructural, hasta ahora sólo ha habido un número muy limitado de aplicaciones en la arquitectura.

Aquí hay un video muy interesante, de Tom Godthelp de cómo se diseña, con Rhinoceros+Grasshopper y Cadwork y se fabrica, con la Hundegger K2i, un domo como estructura recíproca.

Imagen del video de Tom Godthelp

 

Casi todas las formas abovedadas y planas son posibles.

Relativamente habituales son los tejados Zoellinger (o lamella roof), desarrollado por el arquitecto alemán Friedrich Zoellinger . Es un tejado abovedado formado por simples y sencillas piezas estándar prefabricados (en su mayoría de madera) como una forma de cubrir grandes espacios (luces de hasta 40 metros utilizando piezas individuales con dimensiones de 2000 x 200 x 20 mm). Ahorra aproximadamente un 40% de material en comparación con las estructuras lineales de la misma envergadura. Las piezas individuales se unen con pernos y/o placas para formar un patrón romboidal.

 

 

Un tejado Zollinger con piezas de eucalito – Imagen de Udo Thoenissen

 

  • Por apilamiento:

Aunque no deja de ser una estructura recíproca, la principal característica es la presencia de “pilares” hechos con los materiales pequeños y ligeros del resto de la estructura. Un ejemplo es el Café Kureon, de Kengo Kuma and Associates, en Toyama, Japón. La estructura, que puede desmontarse, trasladarse o añadirse y renovarse sin dañar el material, se ha construido con barras de madera de 105 x 105 mm, sin ningún tratamiento, y conectadas con varillas metálicas de 31 mm de diámetro.

Cafe Kureon de Kengo Kuma Associates

Puente de Yusuhara – Kengo Kuma and Associates

  • Cáscaras de rejilla

Las cáscaras de rejilla (gridshell) de madera fue desarrollada por primera vez por el profesor Frei Otto y consiste en deformar una rejilla plana de tablas de madera de la misma sección, inicialmente rectas, en una forma doblemente curvada. Esto es posible gracias a la baja rigidez torsional de la madera y a la garantía de que se permiten las rotaciones en las uniones nodales, donde los cruces de tablas. Debido a la disposición bidireccional de las barras, las rejillas de madera pueden soportar fuerzas a lo largo de las dos direcciones (tensión o compresión) y flexión fuera del plano.  Una de las ventajas de la técnica de la rejilla de madera es que permite el uso de uniones nodales idénticas en toda la estructura.

Gridshell construido por los estudiantes de máster del Escuela de Diseño de Melbourne, con tablas de Accoya

Esta técnica permite la construcción de estructuras de grandes luces, gracias a la alta rigidez específica de la madera, con una alta eficiencia estructural conseguida por la trabajabilidad de la madera y un simple proceso de construcción y fabricación.

Downland gridshell, UK

A la par con la creciente popularidad de las estructuras de forma libre, existen nuevos fabricantes como Ekilaya que ofertan este tipo de estructuras de una manera sencilla.

 

  • Entramados con barras de una única sección:

El mejor ejemplo este garaje en Castrisch, Suiza. Sólo utiliza una única sección de 120 x 120 mm de madera maciza y clavos de 8,5 x 300 mm, con pretaladro, como conectores (que, perfectamente, podrían ser tirafondos de media rosca con cabeza ancha). Utilizar una única sección presenta ventajas económicas: un uso eficiente de los troncos que, sin secar en horno, se asegura una mejor calidad de madera secada al aire. “Los pilares y las vigas dobladas pueden ser encajadas según un esquema ortogonal tridimensional. Este principio de ensamble funciona gracias a un gran número de superficies de contacto. Los ensambles trabajan sistemáticamente en doble cizallamiento y permiten asimilar fuerzas importantes con medios simples.”

Imagen del libro Timber Construction Manual de Thomas Herzog et all.

Considero que esta técnica es la más interesante porque es más factible en las condiciones del mercado actual en España.

 

En algunos tipos, como las estructuras reícprocas y los gridshells, gracias a los modernos programas CAD paramétricos (por ejemplo, Rhinoceros + Grasshopper) y los robots CNC de 5/6 ejes han ampliado las posibilidades de obtener estructuras sencillas y eficientes, pero tras un diseño de gran complejidad conceptual.

 

 

Los avances en los materiales y la digitalización de la arquitectura traen consigo nuevos métodos de diseño y construcción. Mientras que la construcción tradicional de madera consiste en secciones de madera pre-cortadas y pre-montadas, las construcciones modernas de madera consisten hoy en día en materiales elaborados a base de madera. Debido a su flexibilidad y buenas propiedades en términos de física y ecología de la construcción, estos materiales a base de madera son ideales para la producción de componentes de construcción asistida por ordenador. Quince ejemplos de casos de investigación, enseñanza y aplicaciones prácticas proporcionan una visión inspiradora del potencial de los materiales formables a base de madera y del diseño digital: Woven Wood, Wood Foam, Living Wood and Organic Joints, Timber Joints for Robotic Building Processes, Efficiencies of Wood, Designing with Tree Form.

Referencia bibliográfica del libro:

Hudert, Markus; Pfeiffer, Sven, Rethinking Wood: Future Dimensions of Timber Assembly, Birkhäuser, abril de 2019, 296 pp., ISBN-13: 978-3035616897.

En:

https://www.degruyter.com/view/product/502728

Habitualmente se consideran tres o cuatro maderas en estructuras de madera laminada: abeto, abeto Douglas, pino radiata y pino silvestre. Muchas más si se habla de fachadas y tarimas al exterior en madera (alerce, castaño, ipe, iroko, etc.). Pero, ampliando nuestros horizontes cognitivos, existen o han aparecido las maderas de frondosas, con prometedoras posibilidades, para conformar nuevos productos de madera laminada.

En España, la especie de madera más habitual es una conífera, el abeto (Picea Abies), fundamentalmente de importación. Son habituales, aunque bastante menos, el pino radiata (Pinus radiata) y el pino silvestre (Pinus Sylvestris). Este último, como es impregnable, se utiliza, tratado en autoclave en profundidad, para la clase de uso 4 (al aire libre y en contacto con el suelo).

MLE -abeto

MLE – pino silvestre tratado en autoclave

Estas maderas de coníferas tienen unas características y resistencias por todos conocidas. Pero desde hace unos años, las especies de frondosas, o de árboles de hoja caduca, han emergido en el mercado de la madera laminada con el fin de obtener beneficios que no se pueden lograr con la madera de ingeniería de coníferas puras:

  • Para conseguir mejoras en: resistencia, rigidez y costes.
  • Abrir mercados que no son factibles para las construcciones de MLE de coníferas.
  • Desde el punto de vista de la economía local y mundial y de la sostenibilidad, es importante mejorar el uso material de los rodales de madera de frondosas, que están subutilizados y en fuerte aumento.

Pero ¿qué especies de frondosas hay y dónde se encuentran en mayor proporción en Europa? Las especies de maderas de frondosas más relevantes para la madera laminada, según la proporción de madera de frondosas en pie, son:

  1. Roble (Quercus petraea, Quercus robur): Francia (59%), Alemania (33%), R. Checa, …
  2. Haya (Fagus sylvatica): Alemania (60%), Austria (68%), Francia (22%), …
  3. Castaño (Castanea sativa): Francia (11%), España, Italia, …
  4. Abedul (Betula spec.): Finlandia, Rusia.
  5. Chopo: Italia, Francia, Rumanía.
  6. Eucalipto blanco (Eucaliptus grandis): España.
  7. Robinia: Hungría.
  8. Fresno: Alemania (7%), Austria (15%).

Todas las especies muestran un desarrollo creciente, o al menos constante, de la población en pie.

Una excepción son los fresnos, que pueden presentar un crecimiento inestable y un volumen de existencias debido a la enfermedad (ash dieback) causada por el hongo asiático Hymenoscyphus fraxineus.

MLE – Abedul

MLE – Castaño

MLE – Eucalipto blanco

MLE – Fresno

MLE – Robinia

MLR de roble

Según Simon Aicher, Zachary Christian y Gerard Dill-Langer en su artículo científico Hardwood glulams – emerging timber products of superior mechanical properties:

“Las propiedades mecánicas de las vigas laminadas hechas de las especies predominantes de madera dura europea de castaño, roble y haya son al menos iguales y generalmente superan la resistencia a la flexión de las clases más altas de resistencia a la flexión de la madera laminada de conífera europea. En cuanto a la resistencia a la compresión paralela a la fibra, incluso las vigas laminadas de madera dura de menor densidad (p.ej. castaño) superan el nivel de resistencia de la madera laminada de conífera en un factor de aproximadamente 2. La madera microlaminada de haya (LVL), que tiene las propiedades de resistencia y rigidez más elevadas de todas las vigas laminadas de madera dura de hoy en día, abre nuevas perspectivas para la competitividad de los elementos de construcción de madera frente a las estructuras de acero y hormigón.”

Baubuche G70

Según Simon Aicher, en su ponencia Glulam made of hardwoods. State of the art – species, adhesives and national/european approvals, EU Hardwood, 22nd International Conference Holzbau-Forum, Garmish, 2016, hay unos límites físicos en la fabricación de laminados de frondosas:

Limitations of harwodds glulam – Simon Aicher

En cuanto a las principales propiedades mecánicas de los laminados de madera de frondosas:

Hardwoods glulam bending strenght

Hardowood glulam E-modules

Y en el ámbito de los adhesivos, Simon Aicher, Zachary Christian y Gerard Dill-Langer, concluyen que:

“Aparte de las propiedades mecánicas superiores de las vigas laminadas de madera dura, no debe negarse, sin embargo, que el establecimiento y la constancia de la producción de encolados fuertes y duraderos en las uniones ‘finger-joint’ de madera dura y en las líneas de encolado de laminado plantean una tarea considerable y más delicada, esencialmente relacionada con el aumento de las densidades de la madera.”

 

Híbridos de MLE.

Si la MLE de frondosas es cara, se puede optimizar la MLE de coníferas combinando éstas con aquéllas, es decir, laminando una o varias capas de madera de frondosas en la zona de compresión (parte superior de la sección) y tensión (zona inferior) con un núcleo central de varias capas de madera de coníferas.

Híbrido de abeto en la zona central y de haya en las zonas con tensiones

Como exponen Aishwarya Muraleedharan y Stefan Markus Reiterer en su tesis Combined glued laminated timber usinghardwood and softwood lamellas:

“[…] Se pudo demostrar que el rendimiento de la MLE puede aumentarse mediante la combinación de láminas de madera dura (roble) y de madera blanda (abeto) en la producción de vigas laminadas encoladas.  De esta manera, la rigidez y la capacidad de carga de la viga pueden aumentar.  Además, se demostró la gran influencia de las propiedades mecánicas de la madera dura en comparación con la madera de coníferas sobre la base de su rendimiento superior. […] Para aumentar la rigidez de las vigas se requiere una mayor diferencia en el módulo de elasticidad de las láminas individuales. […] Se puede observar un mejor rendimiento si se colocan dos láminas en cada lado.”

Una conclusión importante que encontraron Muraleedharan y Reiterer es que es esencial una mejor clasificación de la madera de roble en términos de rigidez.

Diferentes composiciones de madera laminada: (a) sólo madera blanda (b) madera dura en la zona de tensión (c) madera dura en la zona de compresión y en la zona de tensión (d) sólo madera dura. Imagern de Aishwarya Muraleedharan y Stefan Markus Reiterer

Incluso se puede combinar dos maderas de ingeniería: MLE de abeto y madera microlaminada (LVL) de haya según se muestra en la ponencia Gluing of softwood with other materials, del seminario Timber Based Hybrid Structures, Estocolmo, 2018:

Abeto + LVL de haya

Novedoso es combinar láminas de abeto de baja resistencia (T8/T9), en la parte central, con láminas de madera de haya prensada con resinas fenólicas de alta resistencia en los bordes para fabricar vigas híbridas reforzadas KP-BSH, para la clase de uso 1 y 2, con una capacidad de carga y una rigidez significativamente superiores a la MLE de abeto.

KP-BSH-Hybrid

 

Desde los años 2014-2016 la investigación sobre la MLE de frondosas ha cogido bastante impulso. Las conclusiones principales que se han obtenido en el proyecto europeo European Hardwoods for the Building Sector, finalizado en el 2016, en el marco del programa de investigación WoodWisdom, son:

  • “Las frondosas de la UE demostraron que los recursos de madera de frondosas en Alemania, Austria, Francia y Eslovenia siguen creciendo y, por lo tanto, constituyen un recurso fiable para la producción. La clasificación por grados de resistencia de las maderas duras no es común hasta ahora.”
  • “La comparación de tres especies diferentes mostró que la madera de haya tiene un gran potencial en términos de calidad de material.”
  • Hay un coste de procesamiento adicional en la producción de MLE de frondosas por la gran variabilidad de las resistencias de las piezas de madera, debido a defectos locales relativamente grandes,
  • Impulsar el desarrollo de un modelo para predecir el comportamiento mecánico de la madera dura laminada encolada en cuanto al cálculo de estructuras. El objetivo es preparar el marco normativo que permita la entrada en el mercado de estos nuevos productos.

A estas alturas, se dispone en el mercado de una oferta de MLE de frondosas por parte de varios fabricantes como Gámiz, Hess Timber, Schiller Holz, Simonin, etc. con diversos productos, normalizados y certificados, que satisfarán las necesidades actuales.

 

El chopo

Recientemente, en España se investiga las posibilidades del chopo (álamo temblón, Populus tremuloides) de clones (híbridos), procedente de bosques plantados.

La calidad del árbol y la calidad de la madera se consideran críticos para muchos productos de madera de chopo.

Hay un trabajo intensivo en Hungría para la obtención de nuevas variedades (clones) con propiedades físicas y mecánicas muy diferentes. De hecho, existe una larga tradición del uso de la madera de chopo en Hungría:

Glulam structura made of poplar wood in Hungary – 1975

Y también en Francia tratan de dinamizar el uso del chopo.

LA SALLE GRÉMAUX – peuplier

Pero el chopo tiene unas desventajas como la baja resistencia mecánica, la baja dureza superficial, y una textura y apariencia poco excitante. Se están desarrollando varios métodos de modificación de la madera como los tratamientos térmicos y los tratamientos termohidromecánicos (THM) como una buena oportunidad para aumentar las prestaciones estéticas y mecánicas de las aplicaciones de la madera de chopo.

Los resultados de los prototipos de MLE de chopo en un test húngaro, en la Simonyi Károly Faculty of Engineering, Wood Sciences and Applied Arts, Universidad de West Hungary, 2016, muestran que el módulo de elasticidad es de 11.316 N/mm² y la resistencia a la flexión es de 45,9 N/mm².

No obstante, en España, como afirma Pedro Garnica, el presidente de Propopulus, “hay una paradoja que debemos resolver: aunque los estudios muestran que la demanda de madera aumentará en un futuro próximo, en lo que a la populicultura se refiere, la falta de una regulación europea común para nuestra actividad está provocando que las plantaciones de chopo en Europa disminuyan de forma alarmante. El chopo es uno de los árboles más eficientes en términos de sostenibilidad, ya que una hectárea de chopo captura 11 toneladas de CO2 al año y tiene un ciclo de crecimiento rápido”.

 

 

Como conclusión, la madera, sea de frondosas o de coníferas, es un material que ofrece múltiples combinaciones para conformar elementos laminados. Es más, como aprendices de brujo, se puede jugar con las mejores propiedades de cada madera, resultando en nuevas posibilidades estéticas.