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Proporcionando el conocimiento, en pocos clics, para permitir la especificación del rendimiento de la vida útil de la madera. Por último, el proyecto español Madera Construcción sostenible (Go MCS).

Actualmente, la construcción en madera dispone de excelentes normativas o regulaciones en diversos ámbitos como el Eurocódigo 5 para el diseño y cálculo de estructuras, y el estándar Passivhaus para la física de la construcción y eficiencia energética. Pero hay muchas cuestiones sobre la durabilidad y eficiencia de los muchos productos derivados de la madera.

En un proyecto nos surgirán cuestiones como:

– ¿Cuánto tiempo durará este producto de madera?

– La estructura de madera de este porche, ¿es de la clase de uso 2 o 3.1?

– En esta tarima de madera al exterior, ¿considero una clase de uso 3.2 o 4?

– Es interesante esta madera termotratada, ¿para tarima al exterior o, dada las consecuencias de su tratamiento, mejor para fachadas?

– ¿Qué normativa sigo para instalar esta tarima de madera al exterior?

– ¿Cómo agrisará esta fachada de madera?

– ¿Qué mantenimiento tiene esta fachada de madera termotratada?

– En esta zona hay termitas, ¿cuál es la madera más resistente?

Existe un abundante know-how que suele estar encerrado en normas, expertos, bases de datos y proyectos de investigación previos, no siempre accesibles para la amplia comunidad de arquitectos, constructores o inversores.

ForestValue ha puesto en marcha recientemente un nuevo proyecto de investigación llamado CLICKdesign para ayudar al usuario a obtener el producto adecuado especificado para la aplicación de uso final con un rendimiento deseado.

El proyecto recapitulará los conocimientos disponibles sobre las especies y las calidades de los materiales, el conocimiento de los detalles óptimos de diseño y las habilidades de construcción, el conocimiento de las condiciones locales, el clima y otros desafíos. Desafortunadamente, hasta ahora todo esto está fragmentado, localizado y en algunos casos es difícil de usar, especialmente por parte de los usuarios en general. La solución a través de CLICKdesign es poner estos hechos al alcance de la mano del prescriptor, para que más usuarios puedan cumplir con sus ambiciones de ofrecer una construcción baja en carbono, implementando adecuadamente el diseño basado en el rendimiento con madera.

La planificación de la vida útil y la clasificación del rendimiento son cuestiones esenciales en la especificación del producto y su uso. La ausencia de especificaciones basadas en el rendimiento de durabilidad para la madera es una limitación importante para su uso más amplio.

Los sectores industriales del hormigón y el acero suministran herramientas de software a arquitectos y estudiantes, lo que permite una especificación basada en el rendimiento y una enseñanza coherente de las mejores prácticas de diseño. Esta laguna y el hecho de que las especificaciones técnicas de rendimiento son cada vez más obligatorias para su uso en la modelización de información de edificios (BIM, Building Information Modeling).

La especificación actualizada de la durabilidad de la madera rara vez se basa en el rendimiento. En la documentación oficial, la vida útil suele denominarse de forma no cuantificada y ambigua, utilizando términos como “vida laboral razonable” o “rendimiento satisfactorio”. La modelización del rendimiento de los productos de madera frente los agentes bióticos y abióticos debe considerarse con especial atención en lo que respecta a la meteorización, el moho, los hongos de descomposición, las termitas y otros insectos.

En los últimos años se ha avanzado mucho en la planificación de la vida útil y en la predicción del rendimiento de los componentes y estructuras de madera. Sin embargo, la complejidad del rendimiento todavía no se capta en estos procesos y sigue siendo un concepto más que un uso. La base del trabajo previo ha sido recopilada y revisada como primera prioridad del proyecto. Además, el proyecto CLICKdesign incluye por primera vez un enfoque en:

– Previsión robusta del tiempo de los cambios estéticos visuales en las superficies de madera, por ejemplo, en el revestimiento exterior.

– Desarrollo de una medida europea de rendimiento de termitas e insectos, y que será la primera en Europa.

– La acomodación de los cambios provocados por el cambio climático en las dosis de exposición, por ejemplo, la distribución y la ubicación de los organismos que destruyen la madera que puede, por ejemplo, ampliar las zonas de riesgo de termitas en Europa.

La clave del éxito de CLICKdesign es que la herramienta encuentra aplicación en toda la rica diversidad de regiones geográficas, climáticas y culturales de Europa. Esto será posible utilizando un enfoque estructurado que permita una localización directa para el usuario. El equipo es consciente de la necesidad de fomentar las diferentes tradiciones para el uso de la madera, las diferencias en las expectativas sobre la vida útil y las garantías, las diferencias en los aspectos culturales para el mantenimiento de los productos y la accesibilidad de los idiomas.

La especificación del rendimiento de los productos de madera es compleja y requiere el uso de múltiples plataformas de datos, pruebas empíricas, experiencia, normas y recomendaciones nacionales. Durante los próximos tres años, CLICKdesign proporcionará una herramienta, que seguirá las pautas del “código abierto (open source)”, que ha integrado en ella las décadas de excelente investigación, la complejidad de los sistemas de especificación de estándares y la variación de enfoque debido a la tradición, los materiales y la cultura en toda Europa. La herramienta será accesible a los usuarios profesionales y se perfeccionará con la industria para garantizar su pertinencia y acelerar su adopción y utilización. Esto aumentará la confianza del mercado con los usuarios en la selección de la madera como producto fiable y mejorará el rendimiento optimizado de la madera en el entorno de la construcción. Se tiene la esperanza de que también inspirará nuevos productos de madera y productos derivados de la madera utilizando la herramienta y creará oportunidades de negocio para que las industrias forestales innoven.

CLICKdesign es un proyecto europeo, que comenzó en marzo de 2019 y tendrá una duración de 3 años, bajo la coordinación del ForestValue Research Programme de la UE. Ha recibido financiación del Programa de Investigación ForestValue, que es un programa transnacional de investigación, desarrollo e innovación financiado conjuntamente por organizaciones nacionales de financiación en el marco del cofondo ERA-NET “ForestValue – Innovating forest-based bioeconomy”. ForestValue ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.

El consorcio está compuesto por 25 socios, entre los que se incluyen organizaciones de investigación, industrias y administraciones. El coordinador es el Building Research Establishment (BRE, Reino Unido). Los otros socios científicos son la Universidad de Gottingen, el Departamento de Biología de la Madera y Productos de la Madera (Alemania), la Universidad de Lund (Suecia), InnoRenew CoE (Eslovenia), el Instituto Francés de Tecnología para los Sectores Forestal y del Mueble (FCBA, Francia), el Instituto Noruego de Investigación en Bioeconomía (NIBIO, Noruega), el Instituto de Investigación en Biología de Insectos (IRBI) y la Universidad de Tours (Francia), el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia, y FPInnovations de Canadá.

El objetivo general del proyecto CLICKDesign es desarrollar un protocolo de especificaciones basado en el rendimiento para permitir a arquitectos y prescriptores proporcionar una herramienta de software que integre las especificaciones de rendimiento de la vida útil de la madera, así como una herramienta de cara al público para apoyar la especificación de productos “adecuados para el propósito” y para aumentar los niveles de comprensión del público.

Los principales objetivos científicos y tecnológicos de este proyecto conjunto son los siguientes:

  • Proporcionar la comprensión científica de cómo las propiedades inherentes de un material de madera y la exposición ambiental en servicio se relacionan con la respuesta (rendimiento) vinculada a los estados límite definidos para el producto. El trabajo reunirá y extraerá el conocimiento existente de los modelos de investigación y clarificará la importancia de las lagunas en la comprensión.
  • Comprender y reunir por primera vez los modelos y las bases de datos de rendimiento asociados con el deterioro y la integridad, la función estética y el rendimiento en relación con los insectos y las termitas para crear un enfoque holístico paneuropeo.
  • Validar un conjunto de modelos utilizando estudios de casos reales (edificios, estructuras) de toda Europa en colaboración con peritos y oficinas de ingeniería.
  • Inspirar nuevas soluciones de diseño y especificaciones basadas en la madera y apoyar a una nueva generación de diseñadores “expertos de la madera” dando un paso importante hacia la digitalización del conocimiento y las especificaciones.
  • Entregar una herramienta de software en uso piloto siguiendo el estándar de código abierto (IFS, ISC) para la preparación de BIM a través de la consideración de la plantilla de información, la entrada de base de datos y los plug-ins.

Para alcanzar estos objetivos, el proyecto se compone de ocho WorkPackages:

El esloveno InnoRenew CoE liderará el WP3 (Rendimiento estético de la construcción), cuyas actividades principales son definir un cuantificador numérico del estado estético de los elementos de madera expuestos a la intemperie, diseñar un procedimiento para la determinación de los estados límite estéticos para la tolerancia del cliente al deterioro del material, implementar si el enfoque de modelado dosis-respuesta para la simulación de los cambios en la apariencia de los elementos de madera a lo largo de la vida útil, desarrollar una herramienta de optimización para la programación de la limpieza/mantenimiento/reemplazo, e integrar la simulación de los cambios estéticos del edificio con el software de visualización.

De esto se informó en un post anterior.

El finlandés VTT liderará el WP4 (Impacto de la podredumbre en la integridad) y cuyos objetivos son:

– Realizar estudios sobre la distribución espacial de la podredumbre en la madera bajo condiciones de laboratorio teniendo en cuenta el clima material a lo largo del tiempo.

– Recoger las propiedades higrotérmicas de las diferentes especies de madera y de la madera tratada a través de la revisión de la literatura y de la realización de algunos experimentos de laboratorio.

– Realizar análisis de elementos finitos (FEA) para predecir los efectos higrotérmicos en los componentes de la madera, así como la rigidez y la resistencia evaluadas como funciones del material clima/dosis de exposición a lo largo del tiempo.

Y participará en los otros WorPackages, especialmente en el WP6 (Validación de modelos y desarrollo de una herramienta de especificación), cuyos objetivos son:

– Desarrollar, armonizar e integrar los distintos modelos en un modelo de rendimiento superior para productos de madera.

– Validar el modelo de rendimiento frente a los datos de rendimiento reales.

– Proveer información de plantillas y entradas de base de datos para su disposición en BIM.

Los principales resultados esperados de VTT son una base de datos de entrada para el rendimiento higrotérmico-mecánico de los componentes de madera y herramientas de Análisis del Ciclo de Vida (LCA) para puentes de madera que se integrarán en la herramienta de software CLICKDesign.

Y, como Spain is different, nuestro país no participa en este proyecto, aunque sí un científico español.

No obstante, desde agosto de 2018, se inició el desarrollo del proyecto “Herramienta inteligente para la selección de productos de madera destinados a la construcción”, y está liderado por PEFC España – Asociación para la Certificación Española Forestal y la Universidad de Córdoba, que ejerce las labores de coordinación técnica del proyecto.

Tiene como objetivo general: posicionar en el mercado los productos de madera para la construcción por sus valores técnicos y ambientales impulsando la cadena de valor desde el monte hasta el consumidor final. Y como objetivos específicos:

Proporcionar información y datos técnicos fiables sobre productos de madera para facilitar la prescripción.

Demostrar mediante información ambiental la excelencia de la madera como material de construcción en relación con los valores asociados a la sostenibilidad.

Proporcionar una herramienta para la transmisión de la información de las características técnicas y ambientales de productos de madera para la construcción.

Esta herramienta on line mostrará las excelencias ambientales de productos de madera a través de las Declaraciones Ambientales de Producto (DAPs), integrándose en los sistemas Building Information Modeling (BIM), logrando además concienciar en el uso de la madera para contribuir a la mitigación del cambio climático y al desarrollo forestal sostenible.

Lo más destacable es el énfasis en la promoción de nuestras maderas nacionales, puesto que:

Es un hecho que las maderas nacionales no siempre disponen de información ambiental y que el desarrollo de las DAPs de los productos es menor en España con respecto al resto de países europeos. Esto motiva que las maderas nacionales puedan verse desplazadas por madera de importación, pudiendo competir únicamente por precio. La falta de demanda impide el desarrollo de una oferta estable y continuada de madera procedente de los montes españoles y por otra parte el efecto de no disponer de información ambiental imposibilita que sea elegida por criterios de proximidad de acuerdo con los conceptos del Análisis de Ciclo de Vida”.

CLICKDesign es uno de los proyectos europeos más importantes de los últimos años al proporcionar una herramienta que disipe una de las principales dudas por parte del usuario final cuando considera la madera como material de construcción: su durabilidad.

Unas reflexionse sobre Japón, el CLT, la biofilia de la madera, el transporte, la impresión 3D y BIM.

 

  • Es sintomático que, en los últimos años, la AITIM haya publicado el único monográfico sobre una persona, el arquitecto japonés Kengo Kuma, pero, por extensión, sobre la construcción en madera en Japón.

El puente de Yusuhara

Junto con Shigeru Ban, son los arquitectos japoneses más conocidos que han tratado de recuperar ancestrales tradiciones en carpintería de armar, , sin que la madera pierda su protagonismo principal y sin recurrir a otros materiales en exceso.

El edificio de Tamedia, Suiza

Pero parece que, junto con algunos otros, son los únicos que se apartan de la corriente general de la construcción en madera que ha adoptado un enfoque de ‘de ingeniería’. Sin pensar mucho, cada vez más se diseñan estructuras y ensambles con una potente y preponderante concepción ‘metálica’.

Los sistemas híbridos empiezan a dominar el panorama. Tal como se ve en esta imagen, no está claro si es un híbrido madera-acero o acero-madera, ¿habría que verlo desde el punto de vista de la resistencia de los materiales?: una estructura híbrida con piezas a compresión de acero, piezas a flexión de madera, …

Como que pareciera que se hubiera perdido la maestría de los antiguos carpinteros de armar de Europa, Japón, etc. de trabajar sólo con la madera.

 

  • Con la reciente polémica en el Reino Unido sobre la prohibición de emplear materiales combustibles en las paredes de los edificios residenciales de mas de 18 m, unos 6 pisos, se está tratando de impulsar la construcción de híbridos, como el CLT-acero, convirtiendo la prohibición en una oportunidad para innovar más. Pero, ¿lo hacen desde una perspectiva desesperada de quien sabe que tiene mucho que ceder y poco que ganar? La construcción con madera contralaminada (CLT) ya iba tomando una buena velocidad de crucero cuando ocurrió el incendio de Grenfell Tower. ¿Es este un momento crítico como otros que ocurrieron en la historia de la construcción en madera como el incendio de Londres en el siglo XVII, los incendios de Chicago y otras ciudades de EE. UU en el siglo XIX? En esos eventos la construcción en madera retrocedió y perdió impulso. Los otros materiales como el hormigón y el acero ganaron la partida. La madera sólo podría conseguir ventaja con los avances de la madera laminada y la madera contralaminada. Ahora, la construcción en madera se enfrenta a un comprensible nerviosismo post-Grenfell sobre el uso de lo que, sin duda, es un material combustible, y a las presiones de otras industrias, como la del hormigón. Además del impacto de la publicación de informes como el de Arup y la Universidad de Edimburgo en 2018, Fire safety design in modern timber buildings, que sugiere que las capas de madera de los paneles CLT a veces se pueden delaminar en un incendio, exponiendo la madera no carbonizada al fuego, prolongando e intensificando el incendio.

La solución, entonces, ¿es construir híbridos de madera y otros materiales, menos sostenibles?

No es necesario. Las soluciones las tenemos o se están desarrollando. Como:

– tratar la madera con retardantes del fuego 100 % natural y biodegradables, como el danés Burnblock,

– y el desarrollo de métodos de ensambles entre las tablas, como el Interlocking CLT desarrollado por el Integrated Technology in Architecture Center de la Universidad de Utah.

ICLT

  • ¿Construir una casa con una impresora 3D en hormigón? Actualmente, con la madera, se dispone de las mejores tecnologías de impresión 3D. Es la combinación de:

– un software 3D CAD/CAM con Cadwork, SEMA, Dietrich’s, etc.,

– robots de Control Numérico de 5/6 ejes como Essetre, Hundegger, Krüsimatic, SCM, etc.

– y los ‘filamentos’ de madera son las vigas de madera maciza y maderas de ingeniería ya conocidas: vigas de madera laminada (MLE), paneles de madera contralaminada (CLT), vigas de madera microlaminada (LVL), etc. Hay una amplia variedad de productos de madera.

Vigas curvas de Madera laminada Encolada

Con estos productos de madera ya ‘imprimimos’ en 3D, porque nuestra concepción de la madera es en 3D, ya que los ensambles son tridimensionales. Y desde hace bastante tiempo. Ya en la segunda mitad de los años 90, se diseñaba en 3D y se mecanizaba con máquinas de 4 ejes, como la Hundegger K1, mientras todavía los arquitectos diseñaban las casas de hormigón en AutoCad en modo 2D. Incluso antes, se fabricaban estructuras de madera con una estructura bastante tridimensional, como la de Säntispark, Alemania, con un software “2D”, pero que se diseñaba en 3D.

Säntispark

Esta es el ordenador HP que se utilizó para calcular la estructura del Säntispark

Desde entonces, en madera, se ha avanzado mucho. Ya no se diseña con elementos lineales, sino con módulos. Los elementos lineales o paneles de madera son los ‘ladrillos’ que constituyen los módulos panelizados o módulos volumétricos 3D, casi totalmente equipados con acabados, carpinterías, redes, etc., que se fabrican en el taller.

Imprimir en hormigón u otro material supone fabricar unos volúmenes 3D desnudos, pero sin los elementos que constituirán una envolvente de una vivienda eficiente energéticamente.

Gracias a la elevada eficiencia de las tecnologías CAD/CAM, la construcción en madera permite el empleo y la cualificación de mano de obra local. En el montaje de la estructura en CLT del hotel Candlewood en Redstone Arsenal, Huntsville, Alabama, EE. UU, se emplearon veteranos del Ejército sin cualificación. Era un equipo de 2 experimentados trabajadores y 9 veteranos.

¿Y la huella de carbono de esas casas impresas? Bastante superior a las de madera.

¿Están reinventando la rueda y, además, cuadrada?

Suscribo lo que expone Lloyd Alter en su post Why 3D printed houses are a solution looking for a problem.

¿Transportar costosos robots de impresión 3D a países lejanos sin desarrollar la cualificación de la mano de obra local?

 

  • Debido a la ligereza de la madera, una vivienda construida con paneles CLT, por ejemplo, y que totalizase unos 60 m³ de madera, se puede transportar en dos camiones. Mientras que es habitual ver camiones cargados con sólo dos grandes paneles de hormigón. Recordemos que el sector del transporte, prácticamente, no ha avanzado en la lucha climática…

Dimensins of a standard articulated trailer for CLT transport – Imagen de Stora Enso

Con el transporte de módulos 3D (o volumétricos), empieza el debate de si se transporte aire y es mejor la construcción con paneles 2d, casi totalmente acabados.

Trasnporte de módulos volumétricos en CLT – ¿Se transporta aire?

  • La madera es el mejor material para proyectos biofílicos y, además, consigue atenuar el impacto artificial de materiales como el hormigón, el acero, etc. Siempre se termina revistiendo con maderas una casa con estructura de hormigón. Como se expone en el resumen del paper, A Post-occupancy Evaluation of the Influence of Wood on Environmental Comfort, de Mélanie Watchman, André Potvin y Claude Demers,

“Treinta y seis ocupantes completaron un cuestionario para examinar la satisfacción de confort en una habitación multifuncional con amplios acabados interiores de madera en comparación con un espacio similar sin superficies de madera. Los resultados indicaron que los ocupantes estaban más satisfechos en la amplia sala de superficie de madera en términos de iluminación, ruido y temperatura, a pesar de las condiciones ambientales similares en ambos espacios. Los adjetivos que se usan a menudo para describir la sala de madera son luminosos, agradables, modernos y cálidos. Los arquitectos deben tener en cuenta las cualidades subjetivas de la madera a la hora de diseñar edificios confortables”.

Una de las primeras investigaciones del Dr. Michael Burnard, dentro del marco del centro de investigación InnoRenew, estudió la percepción de los materiales (Building material naturalness: Perceptions from Finland, Norway and Slovenia) para establecer el grado en que las personas las identifican como naturales sólo por observación. El material más natural fue el pino nudoso cepillado, seguido del pino claro rugoso, el pino claro cepillado, las baldosas de piedra y el duramen de fresno cepillado. La conclusión más importante es que en los países con una sólida tradición en construcción en madera y, por tanto, con un mejor conocimiento de la madera y de los materiales derivados de la madera, valoran mejor el aspecto más natural, o menos procesado, de la madera:  los finlandeses clasificaban materiales como el MDF más bajos que los otros.

 

 

Timber House by KÜHNLEIN Architektur

  • La madera es el mejor material medible, mensurable, lo que facilita mucho la ‘contabilidad’ de un proyecto en cuanto:

– A la huella de carbono incorporado, incluso desglosado en etapas del ciclo de vida (gracias a plugins como HBERT para Revit y software específico como Athena, CYPE, e2CO2cero, HueCO2, Umberto, etc.).

HBERT

Modelo de un balance de CO2 calculado con el software de Umberto. Huella de CO2 de la construcción del tejado utilizando cerchas de placas de clavos y CO2 ligado en la madera (en t CO2 eq.)

– A los costes de construcción, se puede conocer hasta el número de tirafondos, metros lineales de cinta de sellado de láminas, etc. disminuyendo los residuos o material no usado.

 

  • Con la madera, mediante la metodología BIM (Building Information Modelling), es más fácil y completa la gestión de la información. Todos los elementos del edificio de madera están dibujados de manera muy precisa desde el principio y, por tanto, es más fácil el control de las colisiones/conflictos y su solución (cortar/taladrar y ensamblar de nuevo).

MMC y BIM

En contraste, en una estructura de hormigón no es obligado modelizar la ferralla, porque no se utiliza sistemáticamente en la síntesis y tiene muy poco interés en el modelo (Dossier de obras ejecutadas) que se entrega al promotor del edificio.

  1. El modelo del edificio es completo, contiene todos los datos necesarios para automatizar la construcción del edificio. Recuérdese que la construcción en madera se desenvuelve en un entorno CAD/CAM desde hace tiempo.
  2. Como BIM es gestión de la información, no modelación de la información, empresas como CREE, fabricantes como Stewart Milne, Brüninghoff, , ayudan, con sus bibliotecas de objetos BIM (bien definidos en todos sus aspectos: geometrías, materiales utilizados, fabricación, costes, nivel ecológico, física de la construcción, etc.), a los arquitectos y profesionales involucrados en un proyecto a definir, de una manera rápida, sin errores y precisa, un modelo 3D inteligente.

Imagen de Ergodomus