Raul Vásquez IñiguezXabier López Corres

Sistemas tecnológicos y estructu-rales en la edificación

Josep María Gonzalez

Fecha

22/05/2017

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VENTAJAS

- Estructuralmente eficiente, permite múltiples patrones de ocupación.

- El tamaño de los elementos, convierte al sistema en más fácilmente manipulable frente a los paneles macizos.

- La construcción de las uniones en taller dota de rapidez la puesta en obra.

- Fácil de descomponer en elementos reutilizables si se detalla adecuadamente (no hormigón in-situ).

- Colocación independiente de cerramientos y aislamiento.

- Permisividad y flexibilidad en la abertura de huecos en paredes.

- Fácil, rápida y barata substitución de elementos.

- Alto grado de estandarización y adaptabilidad de la uniones.

Design For Disassembly: PÓRTICOS

Proyecto: Office wing Localización: Roggwill (Suiza) Año: 2001 Arquitectos: Inauen & Partner

Des ign Fo r D i sassemb ly : PART IC IONES INTER IORES DE MADER A

INCONVENIENTES

- Difícil ejecución de geometrias complejas.

- Díficil ejecución de uniones entre elementos no perpendiculares.

- Difícil de deconstruir a menos que el marco se detalle con las articulaciones adecuadas.

- Las muescas, los agujeros y la unión con resinas pueden reducir las posibilidades de reutilización.

- En elementos estructurales de gran tamaño, tanto el montaje como el desensamblaje són de difícil ejecución.

- Pérdida de eficiencia en caso de falta de modulación en el edificio.

- Debido al gran número de elementos a colocar se alarga el tiempo de construcción.

- Uso de un mayor número de mano de obra frente al sistema de paneles.

EL MATERIAL: Por qué madera?

La explotación de la madera y por ende los bosques, supone un beneficio que repercute a nivel ecológico, económico y social debido a la sostenibilidad de su origen, sus procesos de extrac-ción, provisión, manufactura y las propiedades de los productos resultantes.

La vida útil de la madera puede llegar a ser muy longeva y a su vez sostenible. En primer término, su uso representa un aprovechamiento de la energía solar, conviertiendo un 50 % de ella en carbono. A su vez, substituye el uso de energías no renovables y contraresta el efecto invernadero de forma directa absorviendo el CO2 del mismo. Con su uso, se puede conseguir un ciclo del carbono sostenible y prácticamente cerrado.

Sus altas prestaciones como material de construcción se deben principalmente a su gran re-sistencia mecánica y a gran ligereza. También presenta un buen comportamiento como aislante térmico debido a la estructura interna del material. Su larga durabilidad y su enorme capacidad de reaprovechamiento la convierten en un material ideal de construcción sostenible.

Tras su uso como elemento de construcción, los componentes de madera pueden ser utilizados en otros edificios en caso de desmontaje por motivos ajenos al mantenimento. De no ser así, se puede utilizar como materia prima para la producción de otros materiales mixtos basados en la madera muy eficientes. También pueden ser el origen de diversos materiales sínteticos o para la producción de papel. Otra opción puede ser la utilización de la capacidad energética del material como combustible biomasa.

La producción del material se da en entornos social y ecologicamente amables para el ciuda-dano. Además, los procesos de manufactura de la materia prima implican un impacto mucho menor al de la gran mayoría de materiales de la construcción.

EL SISTEMA: Por qué Design for Disassembly (DFD)?

El uso del DFD supone una serie de ventajas muy relevantes a nivel ecológico, económico y temporal. El hecho de pensar el edificio desde el punto de vista del montaje, el desmontaje, la reutilización y la reciclabilidad, confiere a este sistema gran potencial.

Desde el punto de vista de la vida útil del edificio, el DFD implica una capacidad de adaptación futura muy superior a la de un edificio construido con sistemas convencionales. Permitiendo al usuario/propietario la posibilidad de modificar, añadir o subtraer elementos del edificio. A su vez, brinda al mantenimiento del edificio de una viabilidad económica y temporal muy alta debido a su fácil, barata y rápida adaptación. Por este mismo motivo, el valor del edificio en el mercado se ve afectado en menor medida. A su vez, el sistema permite preservar la energía de los materiales y su construcción, para un futuro uso en diversas etapas.

Desde el punto de vista constructivo, el DFD permite una construcción y más eficiente y rápida, que reduce tiempos y costes de ejecución. Esta reducción se traduce en un ahorro similar a la hora de desmantelar la edificación, evitando a su vez el impacto ambiental de la demolición.

Desde el punto de vista ecológico supone una gran reducción en el uso de recursos y en la generación de residuos, usando materiales de baja toxicidad que gozan de un nivel de reutilización y reciclabilidad muy altos.

El uso del DFD debe regirse por una serie de principios con tal de llevarse a cabo de forma correcta: - Documentar el proceso constructivo (componentes ocultos, connexiones, descripción de materiales). - Adjuntar instrucciones de desmontaje al proyecto. - Crear capas en el diseño según el ciclo de vida de los elementos de la cosntrucción. - Evitar el uso de materiales masivos debido a su gran peso y volumen. - Evitar juntas químicas y trabajar con tolerancias reales entre los materiales. - Usar materiales reutilizables y reciclables. - Utilizar un sistema estandarizado y flexible basado en elementos pequeños y simples de mayor potencial.

S I S T E M A S A LT E R N A T I V O S

L U K A S L A N GEmpresa austríaca que ha desarrollado un sistema DFD de edificios de hasta 3 plantas 100% industrializado. Con un sistema de cimentación a partir de piezas de hormigón permite levantar el edificio de cero. La misma compañía es la encargada de producir los paneles modulares de cerramiento en paredes y techos. Éstos fun-cionan con total independecia de la estructura.

K N A P PCompañía austríaca especializada en el patentado de uniones. En su catálogo existen más de 50 tipos de conexiones distintas, tanto como para elementos estructurales como para fachadas, todas ellas embebidas e invisibles.

I N D U O Sistema creado por la compañía alemana Systemholztechnik centrada en la cosntrucción de módulos espacia-les. Su sistema de uniones reversibles se usa específicamente para la construción de módulos prefabricados en un 90%.

ESTRUCTURA

El edificio se levanta del suelo hasta una altura de 4,5m debido al requerimiento del paso de vehículos. Tomando esta premisa como punto de partida, la estructura del proyecto se sustenta sobre 6 pilares en las bandas laterales, sobre las que descansan 3 cerchas Pratt de madera con tensores de acero. Estos son los elementos responsables de salvar la luz de 20m, cogiendo una altura de 7,5m.Con tal de arriostrar las cerchas, se colocan vigas bífidas (intereje de 5m), en el centro y las caras extremas de la cercha. Este arriostramiento permite también la creación de los forjados de planta 1, planta 2 y cubierta; donde se alberga todo el programa de oficinas.

Forjado de planta 2

Forjado de planta 1 sobre calle

SHERPA CONNECTORS

El sistema Sherpa connector, desarrollado por Vinzenz Harrer junto con la Universidad Técnica de Graz, es un sistema de unión para vigas de madera con elementos de madera, acero o hormigón. Consta de 2 piezas de aluminio que de encajan a modo de machihembrado. El sistema permite la transmisión de carga en todas las direcciones para tensión como para compresión.

Las connexiones de los elementos se incorporan en taller, facilitando su montaje en obra debido a no necesitar herramientas en obra. Estos conectores pueden ser enrasados a la cara del elemento como restar invisibles al embeberlos en la madera.Su montaje de encaje machiembrado permite su fácil y rápido desmantelamiento sin daño alguno para los elementos estruc-turales, facilitando así su reutilización y disparando su grado de reciclabilidad.

La alta resistencia de las conexiones y su alto grado de estandarización dotan a este sistema de una gran versatibilidad, pu-diendose adaptar a vigas y cargas muy distintas.

Extremo cubierta

- Tras un período de preproducción de los elementos, el tienpo de constrcución del edificio dura alrededor de 8 semanas.

- La estricta retícula estructural de 1,4m li-mita el sistema al uso en gran número de típologías de edificio.

- El sistema no admite otro tipo de uniones o componentes.

- Especialmente diseñado para edificios de oficinas o vivienda temporal

- Sistema de gran adaptabilidad y extensi-bilidad

- Variación del tipo de unión, adaptándose a distintos elementos y cargas:

- Gigant(1): Hasta 26 kN - Ricon(2): Hasta 29,2 kN - Megant(3)): Hasta 500 kN

- El uso de este tipo de conexiones es com-patible con otros elementos y otros materia-les como el acero o el hormigón

- Su adaptabilidad y multitud de productos, permite la construcción de cualquier tipolo-gía de edificio

- El tipo de unión es más simple que el Sherpa, pero el acceso al producto en el ex-tranjero resulta mucho más limitado.

- La necesidad de usar colas en el anclaje interior de las piezas, lo convierte en un sis-tema poco sostenible

- Debido a la construcción modular, su uso se limita a oficinas, residencias, casas uni-familiares, aularios y ampliaciones de hos-pitales.

- La poca variabilidad del tamaño de los módulos limita su uso todavía más.

- Construcción y desmontaje a gran veloci-dad, pero con difícil manipulación debido al tamaño de los elementos.

- Fácil reutilización individual de los módu-los

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Raul Vásquez IñiguezXabier López Corres

Sistemas tecnológicos y estructu-rales en la edificación

Josep María Gonzalez

Fecha

22/05/2017

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Design For Disassembly: PANELES / MUROS

Proyecto: IBA Apartment Building Localización: Hamburgo Año: 2014 Arquitecto: Adjaye Associates

Des ign Fo r D i sassemb ly : PART IC IONES INTER IORES DE MADERADimensiones y peso de los paneles

- Dimensiones:

Longitud: hasta 14.000 mm Ancho: hasta 3.800 mm Espesores habituales: de 60 a 225 mm paneles macizos de 190 a 330 mm paneles sandwich

-Peso de los paneles:

Densidad de las maderas utilizadas: entre 400 y 550 kg/m3

Especies de madera utilizadas en la fabricación de los paneles

-Abeto rojo: color blanco brillante, densidad 400kg/m3

-Abeto Douglas: color rojizo en duramen y blanco mate en albura, densidad 520kg/m3. -Pino insignis: color blanco mate, densidad 500kg/m3

-Alerce europeo: color trigueño a veces rojizo, densidad 550kg/m3

Abeto rojo Abeto Douglas Pino insignis Alerce europeo

Especies de madera utilizadas en la fabricación de los paneles

- Calidad industrial: para el recubrimiento posterior en la construcción (mediante placa de cartón yeso, por ejemplo). - Calidad visual: para el uso visible en forjados, paredes y/o cubiertas.

JUNTAS Y UNIONES

PASADORES

TORNILLOS/GRAPAS

PIEZAS MOLDEADAS DE CHAPA DE ACERO

S I S T E M A S A LT E R N A T I V O S

VENTAJAS

- Estructuralmente eficiente

- Hecho en fábrica - Alta precisión

- Todos los componentes pueden ser incorporados para minimizar los residuos

- Fácil ejecución de uniones no perpendiculares. Gran estandarización de las uniones

- No es necesaria la modulación para conseguir un sistema eficiente

- Corto tiempo de construcción debido a la rapidez de montaje

- Poca mano de obra

- Fácil de descomponer en elementos reutilizables si se detalla adecuadamente (no hormigón in-situ)

- Posible combinación entre paneles y aislamientos

INCONVENIENTES

- Difícil ejecución de geometrías complejas.

- Requiere la deconstrucción mecánica

- Los materiales están unidos y son difíciles de separar

- La necesidad de arriostramiento de pared cruzada reduce las opciones internas

- El tamaño de los elementos, convierte al sistema en más difícil manipulable frente a las vigas y pilares

- Difícil sustitución de elementos

- Poca permisividad y flexibilidad en la abertura de huecos en paredes

Pasadores rectangulares de maderaLos pasadores rectangulares de madera se insertan en la dirección de la veta en cavidades realizadas en los elementos a unir. Se fijan con pernos de sujeción.

Tornillos para maderaLa distancia entre los tornillos es la misma que entre los clavos.Tornillos de sujeción rápida:Son autoperforantes, por lo que se suelen aplicar sin agujero guía.

Anclajes de correaPara conectar vigas cruzadas.Conectores integralesPara conectar vigas principales y secundarias.Anclajes de unión de maderasPara fijar elementos de madera en guías de anclaje o con perfiles de acero.Soportes suspendidos (en forma de T)Para fijar vigas secundarias a la viga principal o para fijar vigas a pilares.

Anclajes rectangulares de aceroLos anclajes planos de acero se insertan en cavi-dades realizadas a lo largo de la veta, se sujetan con uniones longitudinales y se fijan con pernos de sujeción.

Clavos especialesSe utilizan principalmente para realizar uniones clavadas mediante piezas moldeadas de chapa de acero.

Chapas de acero perforadasSon conectores para construcciones de pequeñas dimensiones.Chapas de arriostramientoSe utilizan para el arriostramiento de cubiertas. Para garantizar la capacidad de carga, es necesario tenerlas con una fijación con trinquete.Conectores planosSon placas perforadas de diferentes tamaños.

AnclajesLos anclajes son uniones de forma alargada fabri-cadas con acero redondo y extremos achaflanados sin cabeza que se introducen en agujeros previa-mente taladrados.

ClavosEl número y las dimensiones de los clavos a utilizar se calculan en función del material, su espesor y el punto de instalación.

Conectores angularesSon ángulos perforados o fabricados a partir de chapa perforada.Perfiles ZPara la fijación frontal de vigas secundarias a la viga principal.Soporte de vigaDe una o dos piezas, los lados pueden estar dobla-dos hacia el interior o hacia el exterior.

PernosLos pernos son uniones alargadas fabricadas con acero redondo, tienen cabeza, rosca y tuerca, y se insertan en agujeros previamente taladrados. Los pernos han de instalarse de modo que puedan volverse a apretar posteriormente para com-pensar la retracción de la madera.

Placas dentadasSon placas de acero de 1-2 mm de espesor, con punzones en forma de clavo o garra que se forman mediante perforación de placa y doblado de punzón. Las placas dentadas se prensan hasta conseguir un espesor uniforme (una pieza) con prensas hidráulicas.

Bases de pilarLas bases de pilares sirven para conectar los pilares a los cimientos o al forjado. Se distinguen los siguientes tipos:- Bases de pilar realizadas en acero plano moldeado en forma de U, a las que se han soldado redondos o tubos de acero.- Bases de pilar realizadas con perfiles en forma de T, a las que se han soldado redondos o tubos de acero.- Bases de pilar realizadas de acero redondo o de vástago redondo con placa base para soportes de madera laminada encolada.

U N I C O NEl sistema UNICON.

Los conectores multitarea pueden ser usados solos o añadidos en varios elementos de construcción como paredes, techos y paneles de techo. Cuando se han de enlazardiferentes elementos, las unidades de conexión se pueden instalar en una fila. Para el simple uso de sólo conexiones mecánicas entre paredes, los conectores POWERCON® de acero macizo harán uniones mecánicas y podrán cargar hasta varias toneladas, dependiendo del refuerzo. El último conector POWERCON® Multi permite tolerancias de hasta 20 mm en varias direcciones.

UNIONES KLH

1- Muro panel KLH.2- Soporte angular BMF para fuerzas de corte y de trac-ción - se requieren soluciones especiales para fuerzas de alta tensión3- Suelo de roble o de alerce colocado en la cama de mortero - con toda la superficie descansando sobre la base.4- Se deben instalar al menos 2 pasadores para cada soporte angular BMF; De lo contrario, el efecto de la ménsula angular es muy reducido (preferiblemente uti-lice los dos agujeros directamente al lado de la pared o de la placa del umbral)5- Componente de hormigón (pared, techo, losa de hormigón).6- Protección contra la humedad por capilaridad.7- Instale cinta adhesiva si es necesario.

Unión muro exterior/muro interior/forjado: Junta de forjado:

Paso de instalaciones muros: Paso de instalaciones forjados:

Unión muro/hormigón

1- Muro panel KLH2- BMF placa perforada para la conexión de corte entre la pared KLH y el umbral.3- Componente de hormigón (pared, techo, losa de hormigón).4- Tornillos de hormigón para la transmisión de la fuer-za de corte entre el umbral y el hormigón.5- Suelo de roble o de alerce colocado en la cama de mortero - con toda la superficie descansando sobre la base.6- Instale cinta adhesiva si es necesario.