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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

 

Este libro es el libro de texto oficial del 2nd International Symposium de la Wood Science and Craftsmanship .

 

Japón es conocido por ser un país de la madera y la “cultura de madera”. Las fuentes escritas sobre el aspecto práctico del sentido de la artesanía en madera tradicional son, sin embargo, escasos. Por esta razón, se decidió llevar a cabo un estudio basado en entrevistas en profundidad con artesanos especializados en diversos campos de la carpintería de madera tradicional. A partir de los datos así obtenidos fue posible estudiar los materiales utilizados, las técnicas, la nomenclatura, la estética y la cultura que prevalece en los diversos campos de la artesanía de la madera. Como resultado tanto de la técnica y las propiedades simbólicas y estéticas de la madera y la carpintería en madera se ponen de manifiesto, como visto desde el punto de vista de los artesanos japoneses que deben su habilidad y experiencia a las tradiciones transmitidas de una generación a la siguiente. Como tal, este estudio contribuye a la apertura de un nuevo campo de investigación para los historiadores del arte, etnobotánicos, arqueólogos y japonólogos suministrándoles nuevos medios y herramientas para complementar por su propia cuenta. Aparte de eso, el presente estudio, centrado en la madera en todos sus aspectos, se vincula con una tendencia académica que se ha venido desarrollando en Japón en los últimos decenios.

 

Referencia bibliográfica:

MERTZ Mechtild, Wood and Traditional Woodworking in Japan, Kaiseisha Press, Japón, 2ª edición, 2016, ISBN-13: 978-4860993238, 253 pp.

Portada del libro

Portada del libro

En:

https://www.amazon.com/Wood-Traditional-Woodworking-Japan-second/dp/4860993233/ref=dp_ob_title_bk

http://www.kaiseisha-press.ne.jp/en/catalogue/ISBN978-4-86099-262-0-en.html

Los desastres causados por terremotos en Japón aumentan la demanda de soluciones de construcción antisísmicas. Es conocido que las estructuras de madera son eficientes en su comportamiento frente a los seísmos. Una enmienda a la ley de 2007 favorece el aumento del uso de la madera como material de construcción en edificios públicos. La empresa japonesa Teijin, en Tokio, desarrolla intensamente soluciones para la mejora estática de materiales híbridos de madera.

Concretamente, los investigadores están actualmente involucrados en el desarrollo de la fibra de carbono reforzado con madera de construcción. La madera laminada encolada es reforzada con Carbon Fiber Reinforced Wood (CFRW). Según el fabricante, se alcanzó el doble de la resistencia a la flexión debido a la capa de fibras de carbono en comparación con los productos convencionales.

Con el fin de ampliar el campo de aplicación del material para edificios de tamaño de pequeños a medianos, se está desarrollando un material compuesto de alto rendimiento, el Advanced Fiber Reinforced Wood (AFRW). Esto se logrará, entre otras cosas, por la adición de fibras de aramida. Estas consisten en poliamidas aromáticas y se caracterizan por una alta resistencia, buena amortiguación de las vibraciones y, también, son resistentes al calor y al fuego. Las aplicaciones más conocidas están en el campo de la seguridad, como en los chalecos antibalas.

©Teijin

MLE con AFRW ©Teijin

 

La empresa japonesa KES System Headquearters Shelter Co., Ltd ha patentado un herraje oculto para la conexión de pilares con vigas de madera laminada. Este herraje facilita un ensamblaje más eficaz y rígido que los tradicionales ensambles Tsugite y Shiguchi, ya que en éstos reducen la sección estructural, especialmente si las escuadrías de la madera son pequeñas, “y se considera que es una de las deficiencias inherentes de las estructuras de madera tradicionales japonesas”.

Estos herrajes están galvanizados en caliente con una capa de galvanizado con un espesor de más de 500 g/m², mucho más que en el caso del cableado de las redes eléctricas. Se estima una duración, en ambientes costeros, de más de 173 años. Con un galvanizado convencional sería de 50 años.

Para demostrar la flexibilidad y resistencia de estos herrajes en situaciones de seísmo, es interesante la fotografía que muestra un edificio residencial de 3 plantas que resistió en la zona más afectada por el terremoto de Kobe en 1995.

Son interesantes los gráficos de la página web para mostrar las ventajas de la madera en la construcción, una fórmula para calcular la duración de un galvanizado, etc.

Más en:

http://structure.kes.ne.jp

Imagen de KES System Headquarters Shelter

Imagen de KES System Headquarters Shelter

Imagen de KES System Headquarters Shelter

Imagen de KES System Headquarters Shelter

Woods of Net, una estructura de madera al exterior localizada en el museo al aire libre de Hakone, en Kanagawa (Japón) y obra del estudio de arquitectura Tezuka Architects, utiliza 589 piezas de madera con un cubicaje total de 320 m³. No se utilizaron absolutamente componentes metálicos en su montaje. El tamaño de la cúpula es equivalente a la cúpula central de la mezquita azul de Estambul. Cada uno de las 598 piezas de madera tiene una longitud y grosor diferente, ya que la fuerza cortante y el momento flector equilibra en todo momento la estructura. Ningún miembro ha sido desperdiciado. Este proyecto parece casual pero es una estructura muy racional.

Hoy en día, se están perdiendo los métodos de construcción tradicionales japonesas de madera. A pesar de que los templos de Nara y Kyoto se han mantenido durante más de un milenio, los códigos de construcción modernos no permiten los métodos de ensamblaje de madera originales que no utilicen herrajes de metal. La razón de esto es que las técnicas de análisis estructurales comunes no pueden hacer frente a los movimientos impredecibles de la madera. Una estructura de madera con grandes secciones transversales no decae ni se quema fácilmente. Se necesitan cientos de años de deterioro para alcanzar el punto donde va a afectar la estructura. Además, dándole un recubrimiento de aceite una vez cada año, se formará una capa de resina en el interior de las fibras, extendiendo aún más su longevidad. Las cuñas tienen una sección transversal pequeña en comparación con la estructura principal, y se han programado para su inspección y reemplazo cada treinta años. Incluso si la madera se moja con la lluvia, el agua no se recoge en las articulaciones. Esta es la sabiduría antigua aprendida de la estructura del templo de Kiyomizu en Kyoto.

 

Más en :

http://www.tezuka-arch.com/english/index.html

Cortesía de Tezuka Architecs

Cortesía de Tezuka Architecs

Cortesía de Tezuka Architecs

Cortesía de Tezuka Architecs

Cortesía de Tezuka Architecs

Cortesía de Tezuka Architecs