Guía

técn

ica Diseño y construcción deestructuras ligeras mixtas demadera laminada y vidrio

ISBN -10 84-95077-53-1ISBN -13 978-84-95077-53-0

© 2012 Copyright AIDIMA. Prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos de esta publicación sin autorización del editor.

Proyecto de Investigación y Desarrollo

“Desarrollo de sistemas constructivos mixtos demadera laminada y vidrio para estructurasligeras de cubierta”.Nº de expediente: IMDEEA/2011/20

Guía técnica sobre diseño y construcción de estructurasligeras mixtas de madera laminada y vidrio

Entidades financiadorasProyecto financiada por el Instituto de laMediana y Pequeña Industria Valenciana(IMPIVA) y cofinanciado por fondos FEDER (FondoEuropeo de Desarrollo Regional) de la UniónEuropea.

AIDIMAInstituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y AfinesCalle Benjamín Franklin, 13. Parque Tecnológico.46980 Paterna. (Valencia)

Editado por

Miguel Ángel Abián PérezManuel García BarberoKiyanshid Hedjri

Autores

Ricardo Sáiz Mauleón

Realización técnica

Por sus buenas prestaciones mecánicas ysu baja densidad, la madera se ha utilizadodesde hace miles de años para construirestructuras. Sin embargo, desde laindustrialización, la madera aserrada ha idoperdiendo terreno como materialconstructivo conforme ha aumentado el usode materiales tecnológicos como el aceroy el aluminio. Debido al gran desarrollocientífico-técnico actual de la madera comomaterial de ingeniería y arquitectura, se estáempezando a producir un cambio conceptualde su uso y muchos ingenieros y arquitectosestán descubriendo que ésta supera enprestaciones técnicas a muchos materialescomúnmente utilizados ahora (hormigón,acero, plásticos). Este desarrollo técnicorequiere aún mucha investigación paraaprovechar al máximo las prestaciones deeste material, sobre todo cuando está enconjunción con otros materiales.

Además de las excelentes prestacionesfísico-mecánicas de la madera, tambiénpresenta múltiples ventajasmedioambientales (materia prima renovablederivada de una gestión forestal sostenible,reciclabilidad y gestión integral de recursos,fijación de CO2, baja contaminación en susprocesos de transformación, etc.) y estéticas(gran diversidad de especies, sensación decalidez).

En un entorno de crisis económica, paramuchas empresas del sector valenciano dela madera en todos sus subsectores resultaimprescindible renovar las estrategiasempresariales e industriales. Hay quereinventarse haciendo uso de la innovación,que como Jano tiene dos caras: una mirahacia el pasado (puertas, ventanas,revestimientos) y otra hacia el futuro(madera modificada, arquitectura orgánica).Hasta ahora, las empresas valencianas de lamadera no han potenciado suficientementeel sector del uso estructural de este material,pese a contar con una tradición históricade excelencia en ello.

Con proyectos de I+D como el que hadado lugar a esta guía técnica y con lasactividades de difusión que AIDIMAdesarrolla continuamente en el ámbito dela construcción de madera, se busca atraer

a las empresas valencianas a ese sector, conel fin de mejorar sus oportunidades dereciclaje en nuevos campos industriales yde internacionalización. El objetivofundamental de AIDIMA desde su creaciónes la transferencia a las empresas valencianasde conocimientos y tecnologías derivadosde proyectos de I+D, para que éstas mejorensu competitividad, desarrollen productos yprocesos innovadores y de alto valorañadido, accedan a nuevos nichos demercado e internacionalicen sus actividades.

Esta guía técnica constituye una iniciativadestinada a difundir las novedosas y enormesposibilidades que la madera ofrece paraestructuras orgánicas y paramétricas, queno serían técnica o económicamente viablescon otros materiales. La guía representa,por tanto, una documentación única quepuede servir de orientación de futuro paraarquitectos, ingenieros, empresasconstructoras, empresas montadoras y paramuchos técnicos especialistas que realizansu ejercicio profesional en torno al hábitat.

La guía se presenta con una estructuraclara y sencilla que permite al lector obteneruna visión resumida y rápida de lametodología para desarrollar prototiposvirtuales de estructuras, con el sistemauniversal estructural paramétricodesarrollado en el proyecto. En aras deconseguir un texto útil para los muchossubsectores a los que va destinada la guía,se ha optado por la brevedad y por unvocabulario no excesivamente técnico.

En la guía se plasma un ejemplo devanguardia en I+D en construcción conmadera y se presentan algunos enfoquesque dominarán en el futuro la arquitectura.Esta disciplina se encuentra ahoraexplorando formas innovadoras yrevolucionarias de afrontar problemastécnico-arquitectónicos que difícilmentepueden resolverse con sistemasconstructivos convencionales, en un entornode incremento exponencial en las exigenciasde prestaciones a los edificios. Estedocumento constituye, por tanto, una fuentede información para las empresas yprofesionales interesados en losmencionados enfoques.

A lo largo de la historia, la ComunidadValenciana ha sabido extraer lo máximo dela madera en la construcción, comodemuestra la existencia desde el siglo XIIIde uno los gremios de carpinteros másantiguos de Europa. Con enfoques comolos que propone la guía, la industriavalenciana de la madera en construcciónpuede revivir mediante la I+D+i y la calidad.A partir de sistemas muy tecnificados yprefabricados, como los expuestos en laguía, puede conseguir tanto una potenteproyección en todos los mercados del áreamediterránea como un aumento yoptimización del uso en construcción deeste material sostenible y técnicamenteavanzado.

Miguel Ángel Abián, responsable del Dpto.de Tecnología y Biotecnología de la Maderade AIDIMA, ha sido el coordinador y directortécnico del proyecto de I+D durante sustres años de duración. En este tiempo hacontado con la colaboración de un excelenteequipo de trabajo, que se encuentra formadopor especialistas de la arquitectura y delsector de la madera. Sus resultados, juntocon los procesos y tratamientosdesarrollados en AIDIMA a partir deinvestigaciones y ensayos sobre materialesy estructuras, han servido para la redacciónde esta guía.

Para visializar con más detalle el desarrollodel proyecto pueden visializar el videoalojado en Youtube titulado “Sistemasconstructivos y estructurales mixtos de maderalaminada encolada AIDIMA”, con la dirección:http://www.youtube.com/watch?v=PkoPWFsO994

Obtuvo la suficiencia investigadora en el Dpto.de Física Aplicada de la Universidad de Valenciacon una tesina sobre electromagnetismo.Realizó varios cursos de doctoradorelacionados con electromagnetismo,electrónica, semiconductores y cristalesfotónicos. Ha recibido becas del IMPIVA y dela Universidad Politécnica de Valencia. Es Másterestadounidense en UML y Java.Se incorporó en 1998 a AIDIMA, donde haparticipado como investigador en 23 proyectosde investigación nacionales e internacionalesrelacionados con madera en construcción,biosensórica, bioelectrónica,telecomunicaciones, visión artificial y websemántica; así como en la Red de Excelenciade la Comisión Europea INTEROP 2003-2007. El año 2006 estuvo cuatro meses comoinvestigador invitado en el departamentoLehrstuhl für Messsystem und Sensortechnikde la Universidad Politécnica de Munich (TUM),donde colaboró en el desarrollo de nuevosmétodos para la detección de defectos ensuperficies acabadas y en el diseño eimplementación de sistemas distribuidos desensores para el sector del automóvil y deenergías renovables. En 2007 recibió un premioBANCAJA-UPV por un proyecto final decarrera relacionado con la calidad interna dela madera. En 2009 recibió el premiointernacional Schweighofer Innovation Prize-el premio más prestigioso en el sector forestaly de la madera- por su aportación al desarrollode nuevas tecnologías de evaluación nodestructiva de la madera en construcción.Actualmente es Responsable delDepartamento de Tecnología y Biotecnologíade la Madera y del Área de Construcción deMadera. Es coautor de 7 libros y guías técnicasrelacionadas con el uso de la madera en laconstrucción y la visión artificial. También hapublicado varios artículos científicos en revistascomo IEEE Transactions on Microwave Theoryand Techniques; y ha participado comoponente en congresos y conferencias comoEuropean Congress on ComputationalMethods in Applied Sciences and Engineeringe IEEE International Conference on MultisensorFusion and Integration for Intelligent Systems,y en reuniones COST (European Cooperationin Science and Technology). Ha publicado másde 22 artículos técnicos en revistas sectoriales.Es autor o coautor de 6 patentes, algunas deellas en trámite. Tres de ellas corresponden adispositivos y métodos para detectar labiodegradación de la madera en construcción.

Los autores

Cursó estudios de arquitectura en ETSA-Sevilla, RWTH-Aachen, TU-Berlín y TU-Graz.Está especializado en arquitectura bioclimáticapor la TU-Graz y desarrolla una actividadprofesional muy centrada en la construccióncon madera y la eficiencia energética de laedificación. Ha cursado estudios de másterorientados a la construcción con madera enla Universidad austriaca de Linz y el másterde ingeniería de la madera de la Universidadde Santiago de Compostela.Ha colaborado en diferentes estudios dearquitectura en Berlín, Graz, Viena, Murcia yAlmería. También ha desarrollado proyectosque abarcan la rehabilitación de estructurasde madera en edificios religiosos y civiles, laconstrucción en nueva planta con un sistemaconstructivo energéticamente muy eficaz enentramado ligero de madera y la recuperaciónde un edificio del siglo XVIII utilizando sistemasprefabricados en contralaminado con destinohostelero para una certificación energéticade clase A.Desde el año 2006 viene desarrollando untrabajo de colaboración muy estrecha conAIDIMA en el desarrollo de nuevasperspectivas técnicas para la aplicación de lamadera en la construcción, mediante diferentesproyectos de investigación, como el reflejadoen la presente guía. Desde el año 2005 es elconsultor técnico para Proholz Austria enEspaña y es responsable de la generación ypublicación de diversos documentos técnicosy divulgativos, del desarrollo de la versión encastellano de dataholz.com y de cltdesigner.at;así como de la organización de seminariostécnicos por toda la península, de laorganización de los nuevos Impulsos Proholzy de la coordinación de otras actividades consocios de Proholz en España.

Manuel García BarberoArquitecto

Estudió arquitectura en la Universidad Técnicade Viena con una especial atención alurbanismo y al uso del parametricismo,basándose en las teorías de la arquitecturacrecida y no planeada y en su comparacióncon la naturaleza. Trabajó durante los estudioscomo tutor en el instituto de viviendas de laFacultad de Arquitectura. También cursóestudios en Barcelona y Múnich sobre lostemas de “Pasivhaus” y de programasinformáticos para la construcción con madera.Ha colaborado después de la carrera en variosestudios de arquitectura en Viena y Barcelona,donde ganó como colaborador variosconcursos arquitectónicos de importancia.Desde 2007 ejerce como arquitectoautónomo enfocado en la arquitecturabioclimática y paramétrica. El punto centralde su labor profesional es la combinación dela arquitectura bioclimática con nuevastecnologías del diseño y tecnología informáticapara la optimización del resultado. Colaboracon AIDIMA desde el año 2009 en proyectosde I+D relacionados con la búsqueda desoluciones innovadoras para la construcciónindustrializada y modularizada con maderamediante nuevas tecnologías.

Kiyanshid HedjriArquitecto

Miguel Ángel Abián PérezLicenciado con grado en Ciencias Físicas

Índice

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1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVOS Y RESULTADOS DEL PROYECTO

1.2. IMPACTO TÉCNICO DEL PROYECTO

1.3. IMPACTO SECTORIAL Y SOCIO-ECONÓMICO DEL

PROYECTO

2. BIOMIMETISMO Y PARAMETRICISMO

2.1. BIOMIMETISMO

2.2. PARAMETRICISMO

3. SISTEMA ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA

3.1. CONCEPTO DEL SISTEMA.

3.2. ESTRATEGIAS ESTRUCTURALES

4. METODOLOGÍA DE DESARROLLO DE PROTOTIPOS

VIRTUALES CON EL SISTEMA ESTRUCTURAL

PARAMÉTRICO AIDIMA

5. CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE

ESTRUCTURAS A PARTIR DE PROTOTIPOS VIRTUALES

DISEÑADAS CON EL SISTEMA ESTRUCTURAL

PARAMÉTRICO AIDIMA

6. APLICACIONES PRÁCTICAS DEL SISTEMA ESTRUCTURAL

PARAMÉTRICO AIDIMA

7. IMÁGENES Y FOTOGRAFÍAS REPRESENTATIVAS DEL

TRABAJO REALIZADO DURANTE EL PROYECTO DE I+D 15

1. INTRODUCCIÓN

Durante los años 2009, 2010 y 2011, AIDIMAha desarrollado el proyecto de I+D “Desarrollode sistemas constructivos mixtos de maderalaminada y vidrio para estructuras ligeras decubierta”. Las tres anualidades del proyecto hansido financiadas por el IMPIVA (Instituto de laMediana y Pequeña Industria Valenciana). Elproyecto ha sido cofinanciado por fondos FEDER(Fondo Europeo de Desarrollo Regional) de laUnión Europea.

1.1. OBJETIVOS Y RESULTADOS DEL PROYECTO

Este proyecto ha tenido como objetivo generalel desarrollo de una tecnología innovadora desistemas constructivos integrales mixtos demadera laminada encolada y vidrio laminadocon chapa de madera para ser utilizados enestructuras ligeras de cubierta.

Las conclusiones generales y específicas obtenidasa lo largo de los tres años del proyecto se hanrecopilado con un enfoque apropiado para sudifusión en los sectores de interés(principalmente, arquitectos, diseñadores,empresas de madera, chapa y vidrio) y para elpúblico en general. A partir de dichasconclusiones se ha preparado esta guía técnicapara el diseño y construcción de estructurasligeras mixtas de madera laminada y vidriolaminado.

El principal resultado del proyecto, en el que secentra esta guía, es el Sistema EstructuralParamétrico AIDIMA (SEPA) para sistemasconstructivos mixtos, que constituye el resultadoconceptual del análisis de tres campos: la técnicaestructural del momento, el diseño arquitectónicoactual y las tendencias de éste en el futuro.Considerando en detalle estas tendencias actualesy sus posibles consecuencias futuras, se hadesarrollado una aproximación ingeniero-industrial compatible que se anticipe a la técnicay diseño actual, de manera que el sistemadesarrollado pueda incluirse en algunastendencias arquitectónicas todavía incipientes,pero que tendrán gran relevancia en las próximasdécadas.

Los objetos, productos y estructuras que sediseñan y construyen dependen tanto de lapotencia de las herramientas de diseño comode la capacidad tecnológico-industrial existentepara su producción. La realidad virtual simulada,cada vez más potente y eficaz tanto en elsoftware como en el hardware, abre nuevas víaspara plantear la resolución de problemas antesimposibles de abordar, con una seguridad técnicahasta ahora insospechada.

El SEPA constituye una fusión de los avances enrealidad virtual simulada con los desarrollostecnológicos de la madera como materialavanzado, de manera que se ha obtenido unsolo sistema versátil que permite nuevas formasde diseñar y construir.

1.2. IMPACTO TÉCNICO DEL PROYECTO

En el sistema SEPA tiene un papel crucial lamadera, que como principal material estructural

que ofrece la naturaleza ha sido aprovechadapor el hombre desde el principio de su evolución.Este material presenta una estructura totalmenteoptimizada en la que diferentes polímeros(celulosa, lignina) se complementan entre sí paraformar una matriz de células y paredes celularesque admiten una gran resistencia en relacióncon su baja densidad. Además, tiene una buenaresistencia al fuego.

La madera técnica es madera transformada paraconseguir dimensiones, formas y característicasque en muchos casos resultan imposibles deconseguir con madera maciza o aserrada.Mediante la madera técnica, pueden superarselas limitaciones de la madera aserrada paraestructuras de grandes dimensiones y decualquier forma.

Maderas técnicas como la madera laminadaencolada permiten construir estructuras de unamanera estandarizada y con una gran ventajaen coste respecto a materiales como el hormigóno el acero, aparte de sus ventajasmedioambientales (reducción del consumoenergético, reducción de las emisiones de CO2,estímulo para la gestión forestal). La maderatécnica es una inmejorable elección tanto parala arquitectura orgánica -que simula formasnaturales y promueve la armonía entre el hábitathumano y el mundo natural- y la arquitecturaparamétrica -cada vez más popular y reconocida,y que es posible por las nuevas tecnologíasinformáticas de diseño automático-.

La creación de una metodología completa dediseño, construcción y prefabricación deestructuras ligeras orgánicas hechas con maderalaminada y vidrio laminado de chapa de maderaconstituye una novedad absoluta con respectoal estado del conocimiento de la construcciónen madera, tanto más relevante cuanto que enel proyecto se han involucrado arquitectos yempresas europeas de prestigio en el campode la construcción en madera.

En el caso del vidrio, las posibilidades que ofreceel uso de chapas de madera dentro del vidrioresultan también muy innovadoras e interesantes.En concreto, pueden lograrse efectos llamativosmediante el uso de chapas tan finas que seancasi translúcidas. Con ellas puede obtenerse unmedio muy interesante de mitigación lumínicaen muros cortina y también un efecto desuperficie retroiluminada, bien sea con luz naturalde día o con luz artificial de noche.

Existen infinidad de aplicaciones que justifican elesfuerzo investigador dirigido hacia la obtenciónde sistemas constructivos en los que la maderay el vidrio trabajen conjuntamente. Vidrio y maderatienen características opuestas que, si consiguenequilibrarse, aportan la posibilidad de lograr unbalance interesante en el que estos materialesse compensen y complementen entre sí.

1.3. IMPACTO SECTORIAL Y SOCIOECONÓMICO DEL PROYECTO

Con el SEPA, los sectores españoles de la madera,el vidrio y la construcción se suman a laimparable realidad de una tendencia de futuro

diferente en el diseño, control y ejecución de laarquitectura e ingeniería. Este futuro pasa porla incorporación de la parametrización en losprocesos de diseño industrial y arquitectónico,así como por la incorporación de laindustrialización y la prefabricación más avanzadaspara lograr una optimización y previsión fiablede los recursos.

La investigación en el aprovechamiento dedimensiones pequeñas de material y laprefabricación de elementos estructurales demadera laminada encolada de coníferasconstituyen una oportunidad de generar valorañadido para las empresas que trabajan la maderamaciza, sobre todo para la empresa auxiliar delmueble, que en la actualidad está perdiendocompetitividad por la crisis que afecta a estesector.

La mencionada prefabricación constituye unamuy buena alternativa al uso de madera aserrada,lo cual puede permitir que el subsectorvalenciano del aserrío reciba un nuevo impulsode innovación. Estas empresas se ubican sobretodo en zonas de interior de la ComunidadValenciana; así que los resultados obtenidospueden contribuir al desarrollo industrial enzonas rurales, y por lo tanto en áreas geográficascon problemas socioeconómicos estructurales.

También el sector de la chapa de la madera,muy concentrado dentro de España en laComunidad Valenciana, tiene muchas dificultadespor la caída de producción de muebles. El usode chapa de madera como elemento intermedioen laminados de vidrio abre una granoportunidad para dar un muy alto valor añadidoa esta industria muy orientada al mobiliario, locual permitiría diversificar en producto y enmercados, contribuyendo así a la mejora de lacompetitividad de las empresas y a la creaciónde puestos de trabajo, basados en lainfraestructura industrial existente y en lainnovación derivada del proyecto.

También la industria valenciana del vidrio puedesalir reforzada con los resultados de este proyectode I+D, al integrarse en un sector estratégicocomo la madera. La cooperación entre empresasde la madera y del vidrio en el campo de laconstrucción resulta altamente innovadora enla Comunidad Valenciana.

Los resultados del proyecto pueden potenciartambién en la Comunidad Valenciana tecnologíasinnovadoras de construcción sostenible basadaen madera, así como la eficacia energética enlas construcciones. Asimismo, son una vía paraque las empresas valencianas aprendan nuevastécnicas para prefabricar y montar estructurasde madera con forma orgánica, a fin de establecernuevas líneas de negocio y adelantarse a lasnecesidades de los arquitectos y de sus clientes.

Diseño y construcción de estructurasligeras mixtas de madera laminada y vidrio

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