Madera EstructuralMadera Estructural

Concurso UIC 2014

Edificio de Oficinas Tamedia / ShigeruBan Architects

Descripcin de los arquitectos. Innovacin

El sistema estructural de madera, es en gran medida la innovacin ms significativa del proyecto. Desde un punto de vista tcnico y ambiental, la propuesta estructural es una respuesta nica a este tipo de edificios, y el hecho de que los elementos estructurales

estn completamente a la vista, entregan a la obra un especial carcter y una alta cualidad espacial a la atmsfera de trabajo.

SustentabilidadAdems de la contribucin a la sustentabilidad en la eleccin de la madera como solucin estructural ( material renovable y el de menor emisin de CO2 en el proceso de construccin). El sistema mecnico global ha sido diseado para alcanzar los ms altos estandares en trminos energticos ( la funcin del espacio intermedio como barrera trmica, es parte de los espacios comunes que se enfran o calientan con el aire extrado desde las oficinas).

El proyecto para las oficinas de la compaa Suiza Tamedia se sita en el corazn de la Ciudad de Zurich, en un sitio de 1.000 m2 en una larga manzana donde actualmente se ubica el Edificio corporativo actual.

Descripcin de los ArquitectosEl proyecto para las oficinas de la compaa Suiza Tamedia se sita en el corazn de la Ciudad de Zurich, en un sitio de 1.000 m2 en una larga manzana donde actualmente se ubica el Edificio corporativo actual.

El sitio se orienta hacia la parte Este de la manzana y tiene la particularidad de poseer en todo su largo ms de 50 metros lineares de fachadas que dan hacia el Canal Sihl.

La implantacin del nuevo edificio responde bsicamente a la huella del edificio existente a ser demolido y a la creacin de una continuidad con las fachadas existentes. As mismo, aprovecha la altura mxima permitida, de modo de optimizar la rentabilidad para la zona de oficinas.

El acceso al nuevo edificio est situado en el encuentro Norte de las calles Werdstrasse y Stauffacherquai y se ha transformado en la entrada principal para todo el complejo del Edificio.

El edificio se desarrolla en 7 pisos ms dos pisos destinados a estacionamientos generando una superficie global neta de 8.602 m2, a los que se aaden otros 1.519 m2 adicionales que corresponen a los dos pisos que se ampliaron sobre el Edificio colindante de la calle Stauffacherquai.

Estos balcones pueden ser usados para reuniones informales y como reas de descanso, que tienen la particularidad de tener un sistema de fachada retrctil que permite transformar estos espacios en terrazas areas abiertas que refuerzan la privilegiada relacin entre el interior del Edificio y el Paisaje circundante

Desde un punto de vista Arquitectnico, una de las principales caractersticas del proyecto es la proposicin de un sistema estructural diseado completamente en base a madera, que adems de ser una inovacin desde un punto de vista tcnico y ambiental, entrega al edificio una apariencia nica que puede ser percibida tanto del espacio interior como desde la Ciudad. Con el fin de reforzar y expresar esta idea, la piel del edificio es totalmente acristalada y se le ha dado un especial tratamiento para lograr un bajo nivel de transmisin energtica que responde a las ms estrictas normas suizas en trminos de consumo de energtico.

Enfrentando a la Ciudad, el edificio tambin cuenta con un espacio intermedio a lo largo de toda la fachada este que juega el rol de pantalla trmica que dentro de la estrategia general de consumo de energa, tambin se convierte en una experiencia espacial nica, con zonas de estar y conexin vertical con los diferentes pisos de oficinas

Madera frente a metal y hormignTodas las aplicaciones existentes estn concebidas con un material apropiado. Los materiales principalmente utilizados en la construccin son la madera, el hormign y el acero. Por lo general, cada aplicacin estar realizado con un material especfico en adecuacin a su correcta funcionalidad. Pero existen casos en los que el empleo de estos tres es posible (principalmente construccin e infraestructuras). La madera sufre de un gran desconocimiento. Aqu se trata de demostrar que la madera puede perfectamente valer en ciertas condiciones frente a los otros dos materiales (hormign y metal) y hasta proporcionar una mejor solucin.

La madera es un material ecolgicoLa madera es un material reciclableLa madera puede tener una durabilidad de ms de un sigloLa madera es un material resistente al fuegoLa madera combinada con metal supone una resistencia mecnica muy fuerteContribuye al respeto del medio ambiente, una vez procesadaEs un material de gran belleza naturalLa madera es un excelente aislante trmico y acstico

La madera es un material ecolgicoLos bosques y la madera que producen, atrapan y almacenan dixido de carbono y as contribuyen a mitigar notablemente el cambio climtico. Adems de absorber el dixido de carbono lo convierten, a travs de la fotosntesis, en carbono que "almacenan" en forma de madera y vegetacin. Es una cualidad exenta tanto en el hormign como en el metal, tanto en su proceso de fabricacin como en su estado final.

La madera puede tener una durabilidad de ms de un sigloCon el correcto tratamiento y mantenimiento en funcin de su clase de uso, las aplicaciones con madera pueden llegar a durar siglos sin deterioracin apreciable (vase el caso de las traviesas de ferrocarril tratadas con creosota o ciertos edificios en pases del norte de Europa). El hormign suele perder de sus caractersticas fsicas pasado los cien aos y el acero no especficamente protegido se deteriora nada ms quedar en contacto con el exterior.

La madera en combinacin con el metal supone una resistencia mecnica muy fuerteCuando se combinan dos materiales como madera y metal, se obtienen estructuras muy resistentes. Combinando la ligereza de la madera con la densidad del acero se forman estructuras muy fuertes, capaces de soportar grandes cargas.

La madera es un material de gran belleza naturalPor su textura y color, la madera ofrece belleza natural, es fcilmente moldeable y apto a recibir cualquier aplicacin de tintes y barnices. Estas caractersticas permiten lograr viviendas y edificaciones con acabados de gran impacto y belleza. Adicionalmente, se presta con facilidad para lograr cualquier solucin arquitectnica urbana o rural. Tanto el hormign como el acero son materiales fros sin atractivo esttico los cuales no ofrecen tantas posibilidades de diseo.

La madera es un material resistente al fuegoUno de los factores que ms ha elevado el rechazo de la madera como material de construccin en nuestro pas, es su combustibilidad. Sin embargo, como lo demuestra la experiencia de otros pases, las estructuras de madera con determinadas tcnicas de tratamiento, exhiben un comportamiento ante la accin de los incendios, superior al de muchas estructuras de materiales incombustibles. As, un miembro de madera de proporciones robustas, conserva su capacidad de carga en un incendio durante mayor tiempo que un miembro de acero de igual resistencia. Esto se debe a que el acero se dilata con rapidez provocando riesgos muy elevados de derrumbe de la estructura. En el caso de la madera, aunque en el exterior mantengan llamas y se est carbonizando, su estructura contina estable ante el efecto del calor.

La madera es un perfecto aislante trmico y acsticoComo la madera es un material compuesto de fibras huecas, alineadas axialmente a la longitud del rbol, estos huecos o espacios contienen aire atrapado, que le imparten excelentes cualidades como aislante del sonido y del calor. En lo que se refiere al aislamiento acstico, la madera tiene valores superiores a 10 veces el hormign armado y a 5 veces el tabique. En relacin con el aislamiento trmico, la madera es excelente. En este aspecto es aproximadamente unas 6 veces ms eficiente que el tabique o el ladrillo de barro cocido, 15 veces ms que el hormign o la piedra y 400 veces ms que el acero. Si la combinamos con otros materiales como fibra de vidrio, podemos satisfacer los requerimientos de aislamientos en los climas ms extremos.

Transforman la madera en un material ms duro que el acero Ingenieros chilenos obtienen SiC biomrfico a partir de madera de haya y de pino

Ingenieros de la Universidad de Chile han conseguido crear SiC biomrfico, un carburo que es ms duro que el acero, siguiendo un proceso de petrificacin de la madera con medios ms simples y baratos de los usados normalmente. El producto final no pudo cortarse con una sierra de acero, sino con una diamantada. Esta cermica obtenida de la madera es til especialmente en aplicaciones a elevadas temperaturas (puede aguantar hasta los 1.650 C), como resistencias elctricas o reforzantes estructurales. Por Olga Castro-Perea.

Diversas aplicaciones

Segn Rodrigo Mena, la madera posee una compleja estructura celular, con una serie de poros tubulares alargados, interconectados y alineados al eje del tronco. Esta configuracin ofrece la posibilidad de utilizar varias tcnicas de infiltracin para transformar su estructura bio-orgnica en un material inorgnico con propiedades fsicas y mecnicas adaptadas.

El SiC biomrfico obtenido posee excelentes propiedades elsticas, alta resistencia mecnica y al choque trmico, y tolerancia al dao, adems de un bajo peso. Y el proceso para obtenerlo es bastante simple y barato en comparacin con los mtodos tradicionales de obtencin de SiC, que parten de polvos de alta pureza y cuyas temperaturas y presiones de sntesis son mayores, aadi el estudiante.

El SiC biomrfico o bioSiC puede utilizarse en aplicaciones a elevadas temperaturas, como filtros, porta-catalizadores, resistencias elctricas, reforzantes estructurales, e inclusive se estudian sus posibles aplicaciones en el rea mdica como implantes seos, publica la Universidad de Sevilla.

Mena afirm que "en la actualidad, la naturaleza se ha convertido en un modelo para el diseo de estructuras. Millones de aos de evolucin han producido estructuras perfectamente adaptadas a las funciones que deben satisfacer y a las cargas que deben soportar. Por ello, el diseo de nuevos materiales cermicos con estructuras y propiedades funcionales propias de la estructura celular de la madera ha tomado un inters creciente.

Asimismo, la madera posee una compleja estructura celular, con una serie de poros tubulares alargados, interconectados y alineados al eje del tronco. Esta configuracin ofrece la posibilidad de utilizar varias tcnicas de infiltracin para transformar su estructura bio-orgnica en un material inorgnico con propiedades fsicas y mecnicas adaptadas.

Proceso de fabricacin

Las ventajas del SiC radican en sus caractersticas, tales como una expansin trmica relativamente baja, un alto ratio fuerza-peso, alta conductividad trmica, dureza, resistencia a la abrasin y a la corrosin, y mantenimiento de la resistencia elstica a temperaturas de hasta 1.650 C. Adems, el SiC es una cermica conductora de la electricidad y es muy estable a la oxidacin.

El mtodo seguido por los estudiantes para obtener este material a partir de la madera fue similar a lo que sucede cuando la lava de un volcn envuelve un rbol y lo petrifica.

Segn Bjar, la lava atrapa al rbol y lo quema sin contacto con oxgeno. La madera pierde el hidrgeno, el oxgeno y queda el carbn. Como a su vez la lava es rica en silicio, lo impregna, y al estar a alta temperatura se forma la sntesis del carburo de silicio. Entonces, la madera se transforma en una cermica. Rodrigo y Juan Esteban hicieron lo mismo, pero de forma controlada.

Este proceso artificial de petrificacin de la madera consisti en transformar la madera en carbn, para luego rellenar su porosidad con silicio y, finalmente, calentarlo a 1600C en un horno facilitado por la Comisin Chilena de Energa Nuclear.

El resultado: el producto final no pudo cortarse con una sierra para cortar acero, sino con una sierra diamantada. El proceso de fabricacin va a ser publicado en revistas especializadas y ser objeto de las correspondientes patentes, segn explic Juan Esteban Toro a Tendencias21, por lo que habr que esperar para conocer ms detalles de este procedimiento.

Dos estudiantes de la Universidad de Chile han conseguido obtener, a partir de madera de haya y de pino, carburo de silicio o SiC biomrfico, un carburo que tiene estructura de diamante y que es ms duro que el acero.

Este carburo ya se fabrica en otros pases a partir de arenas o cuarzo de alta pureza y coke de petrleo fusionados en horno elctrico a ms de 2000 C. La novedad del logro de la universidad chilena radica en que los medios utilizados en esta ocasin para obtener el SiC han sido menos sofisticados y, por tanto, ms baratos, al utilizar madera de haya y de pino en el proceso.

De esta forma, Rodrigo Mena y Juan Esteban Toro, estudiantes de Ingeniera Mecnica, han conseguido petrificar la madera y obtener SiC a travs de ella, superando as un gran desafo tecnolgico, informa la Universidad de Chile en un comunicado.

El profesor de dicha universidad, Marco Antonio Bjar, plante a los estudiantes el reto porque quera encontrar una forma de fabricar elementos resistentes a altas temperaturas, en este caso, las de un horno que funcionara a alrededor de 1.200 C.

Normalmente, en los hornos que usan calefactor metlico, cuando la temperatura sobrepasa los 1.200 C se produce una oxidacin muy acelerada, que provoca la destruccin del calefactor, explica Bjar.

AISLAMIENTOTrmico: por su estructura anatmica, as como por su constitucin lignocelulsica, la madera es un excelente aislante trmico. La cantidad de calor conducida por la madera varia con la direccin de la fibra, el peso especifico, la presencia de nudos y rajaduras y con su contenido de humedad. Acstico: la madera tiene buena capacidad para absorber sonidos incidentes. Esta propiedad puede ser aprovechada ventajosamente en el diseo de divisiones. El aislamiento acstico puede incrementarse notablemente si se dejan espacios vacos entre los tabiques o se utilizan materiales aislantes tales como fibra de vidrio, yeso.Elctrico: la madera seca es mala conductora de la electricidad. Su conductividad aumentara rpidamente al aumentar su contenido de humedad, a tal punto que la madera saturada puede llegar a ser conductora. La capacidad aislante de la madera tiene numerosas aplicaciones prcticas en la transmisin y proteccin de la energa elctrica.

PROPIEDADES MECANICAS1.- COMPRESION Y TRACCION1.1.- Compresin Perpendicular al granoLa madera se comporta a manera de un conjunto de tubosalargados que sufriera una presin perpendicular a su longitud; sussecciones transversales sern aplastadas y, en consecuencia,sufrirn disminucin en sus dimensiones bajo esfuerzossuficientemente altos.1.2.- Compresin Paralela al granoLa madera se comporta como si el conjunto de tubos alargadossufriera la presin de una fuerza que trata de aplastarlos. Sucomportamiento ante este tipo de esfuerzos es considerado dentrode su estado elstico, es decir, mientras tenga la capacidad derecuperar su dimensin inicial una vez retirada la fuerza.1.3.- Traccin Perpendicular al granoEs asumida bsicamente por la lignina de la madera que cumple unafuncin cementante entre fibras. La madera tiene menor resistenciaa este tipo de esfuerzo en relacin con otras solicitaciones.1.4.- Traccin Paralela al granoLa madera tiene resistencia a la traccin paralela a las fibras, debidoa que las uniones longitudinales entre las fibras son de 30 a 40veces ms resistentes que las uniones transversales.

2.- CORTE Y FLEXION2.1.- Corte o CizallamientoEl corte o Cizallamiento de la estructura interna de la madera es semejante al comportamiento de un paquete de tubos que se hallan adheridos entre ellos; por esta razn, en el caso de corte o Cizallamiento paralelo al grano, el esfuerzo de corte es resistido bsicamente por la sustancia cementante, es decir, la lignina, mientras que el esfuerzo de corte o Cizallamiento perpendicular al grano, son fibras las que aumentan la resistencia al Cizallamiento. La madera es mucho mas resistente al corte perpendicular que al corte paralelo.2.2.- FlexinEl comportamiento en flexin de una pieza de madera combina, simultneamente, los comportamientos a traccin, compresin y corte, repitindose los mismos fenmenos anteriormente descritos. La madera es un material particularmente apto para soportar traccin y comprensin paralela, debido a su alta capacidad por unidad de peso.TIPOS DE MADERAS

TIPOS DE MADERAS

Las maderas de acuerdo al rbol de que se obtenga, se clasifican en duras y blandas.

Maderas Duras: se obtienen de los rboles que pierden las hojas en otoo (caducifolios). De toda esta gran variedad de rboles, slo 200 existen en cantidad suficiente y son lo bastante flexibles para la carpintera. Las maderas duras, como nuestra piel, tienen poros microscpicos en la superficie. El tamao de estos poros es lo que determina el dibujo de la veta y la textura. Debido a estas caractersticas, las maderas duras se clasifican segn la apertura del poro en: maderas de poros cerrados (poros pequeos), entre las cuales las ms usadas son el cerezo y el arce, y maderas de poros circulares (poros ms grandes), entre las cuales las ms usadas son el roble, el fresno y el lamo.Clasificacin de las maderas durasLa madera se clasifica en funcin del nmero de defectos que haya en una seccin dada del largo y el ancho del tablero. Al igual que en las maderas blandas, una madera de clase inferior puede ser perfectamente aceptable dependiendo del lugar donde se vaya a colocar y el uso que se le vaya a dar.Entre las maderas duras tenemos:Roble: Es de color pardo amarillento. Es una de las mejores maderas que se conocen; muy resistente y duradera. Se utiliza en muebles de calidad, parqu...Nogal: Es una de las maderas ms nobles y apreciadas en todo el mundo. Se emplea en mueble y decoracin de lujo. Cerezo: Su madera es muy apreciada para la construccin de muebles. Es muy delicada por que es propensa a sufrir alteraciones y a la carcoma.Encina: Es de color oscuro. Tiene una gran dureza y es difcil de trabajar. Es la madera utilizada en la construccin de cajas de cepillo y garlopas. Olivo: Se usa para trabajos artsticos y en decoracin, ya que sus fibras tienen unos dibujos muy vistosos (sobre todo las que se aproximan a la raz. Castao: se emplea, actualmente, en la construccin de puertas de muebles de cocina. Su madera es fuerte y elstica. Olmo: Es resistente a la carcoma. Antiguamente se utilizaba para construir carros.

Maderas Blandas: se obtienen de los rboles de hoja perenne (conferas). En carpintera slo se usa el 25 % de todas las maderas blandas. Todas las maderas blandas tienen poros cerrados (poros pequeos) que apenas se perciben en el producto acabado. Las maderas blandas ms usadas son el cedro, el abeto, el pino y la picea.Clasificacin de las maderas blandasLas maderas blandas se dividen en dos categoras: madera dimensional, clasificada en funcin de la resistencia, y paneles aparentes, que se utilizan habitualmente en proyectos de carpintera. La clasificacin de las maderas blandas es obra de varias agencias, as que encontrar algunas variaciones en la terminologa. Las distintas clases estn ordenadas de la clase ms alta a la ms baja. Entre las maderas blandas tenemos: lamo: Es poco resistente a la humedad y a la carcoma. En Espaa existen dos especies: El lamo blanco (de corteza plateada) y el lamo negro, ms conocido con el nombre de chopo.Abedul: rbol de madera amarillenta o blanco-rojiza, elstica, no duradera, empleada en la fabricacin de pipas, cajas, zuecos, etc. Su corteza se emplea para fabricar calzados, cestas, cajas, etc.Aliso: Su madera se emplea en ebanistera, tornera y en carpintera, as como en la fabricacin de objetos de pequeo tamao. De su corteza se obtienen taninos.Alnus glutinosa: Su madera se emplea en ebanistera, tornera y en carpintera, as como en la fabricacin de objetos de pequeo tamao. De su corteza se obtienen taninos.Alnus incana: Su madera es blanda y ligera, fcil de rajarse. Es utilizada en tallas, cajas y otros objetos de madera.

ALABEADO: comba de la cara del tablero en sentido longitudinal.

ABARQUILLAMIENTO: concavidad de la cara del tablero en sentido transversal.

ARQUEAMIENTO: comba del canto, conocido tambin como corona.

NUDO o AGUJERO DE NUDO: un nudo apretado, por regla general, no es problemtico. Un nudo suelto o muerto, rodeado de un anillo oscuro, puede desprenderse o puede haber dejado ya un agujero.

HENDIDURA: grieta que atraviesa toda la pieza de madera, generalmente en los extremos.

RETORCIMIENTO: el tablero est combado por muchos lugares.

GRIETA EN CABECERA: grieta paralela a los anillos de crecimiento anuales que no atraviesa toda la madera.

RAJADURA: separacin de las fibras entre los anillos de crecimiento, que frecuentemente se extiende a lo largo de la cara del tablero y a veces por debajo de su superficie.

CANTO REDONDEADO: falta de madera o corteza no recortada a lo largo del canto o las esquinas de la pieza.

DEFECTOS MAS COMUNES EN LAS MADERAS