Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de

Guía técnica
Diseño y construcción de
estructuras ligeras mixtas de
madera laminada y vidrio
Guía técnica sobre diseño y construcción de estructuras
ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Proyecto de Investigación y Desarrollo
“Desarrollo de sistemas constructivos mixtos de
madera laminada y vidrio para estructuras
ligeras de cubierta”.
Nº de expediente: IMDEEA/2011/20
Entidades financiadoras
Proyecto financiada por el Instituto de la
Mediana y Pequeña Industria Valenciana
(IMPIVA) y cofinanciado por fondos FEDER (Fondo
Europeo de Desarrollo Regional) de la Unión
Europea.
Autores
Miguel Ángel Abián Pérez
Manuel García Barbero
Kiyanshid Hedjri
Realización técnica
Ricardo Sáiz Mauleón
Editado por
AIDIMA
Instituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y Afines
Calle Benjamín Franklin, 13. Parque Tecnológico.
46980 Paterna. (Valencia)
ISBN -10
ISBN -13
84-95077-53-1
978-84-95077-53-0
© 2012 Copyright AIDIMA. Prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos de esta publicación sin autorización del editor.
Por sus buenas prestaciones mecánicas y
su baja densidad, la madera se ha utilizado
desde hace miles de años para construir
estructuras. Sin embargo, desde la
industrialización, la madera aserrada ha ido
perdiendo terreno como material
constructivo conforme ha aumentado el uso
de materiales tecnológicos como el acero
y el aluminio. Debido al gran desarrollo
científico-técnico actual de la madera como
material de ingeniería y arquitectura, se está
empezando a producir un cambio conceptual
de su uso y muchos ingenieros y arquitectos
están descubriendo que ésta supera en
prestaciones técnicas a muchos materiales
comúnmente utilizados ahora (hormigón,
acero, plásticos). Este desarrollo técnico
requiere aún mucha investigación para
aprovechar al máximo las prestaciones de
este material, sobre todo cuando está en
conjunción con otros materiales.
Además de las excelentes prestaciones
físico-mecánicas de la madera, también
presenta múltiples ventajas
medioambientales (materia prima renovable
derivada de una gestión forestal sostenible,
reciclabilidad y gestión integral de recursos,
fijación de CO2, baja contaminación en sus
procesos de transformación, etc.) y estéticas
(gran diversidad de especies, sensación de
calidez).
En un entorno de crisis económica, para
muchas empresas del sector valenciano de
la madera en todos sus subsectores resulta
imprescindible renovar las estrategias
empresariales e industriales. Hay que
reinventarse haciendo uso de la innovación,
que como Jano tiene dos caras: una mira
hacia el pasado (puertas, ventanas,
revestimientos) y otra hacia el futuro
(madera modificada, arquitectura orgánica).
Hasta ahora, las empresas valencianas de la
madera no han potenciado suficientemente
el sector del uso estructural de este material,
pese a contar con una tradición histórica
de excelencia en ello.
Con proyectos de I+D como el que ha
dado lugar a esta guía técnica y con las
actividades de difusión que AIDIMA
desarrolla continuamente en el ámbito de
la construcción de madera, se busca atraer
a las empresas valencianas a ese sector, con
el fin de mejorar sus oportunidades de
reciclaje en nuevos campos industriales y
de internacionalización. El objetivo
fundamental de AIDIMA desde su creación
es la transferencia a las empresas valencianas
de conocimientos y tecnologías derivados
de proyectos de I+D, para que éstas mejoren
su competitividad, desarrollen productos y
procesos innovadores y de alto valor
añadido, accedan a nuevos nichos de
mercado e internacionalicen sus actividades.
Esta guía técnica constituye una iniciativa
destinada a difundir las novedosas y enormes
posibilidades que la madera ofrece para
estructuras orgánicas y paramétricas, que
no serían técnica o económicamente viables
con otros materiales. La guía representa,
por tanto, una documentación única que
puede servir de orientación de futuro para
arquitectos, ingenieros, empresas
constructoras, empresas montadoras y para
muchos técnicos especialistas que realizan
su ejercicio profesional en torno al hábitat.
La guía se presenta con una estructura
clara y sencilla que permite al lector obtener
una visión resumida y rápida de la
metodología para desarrollar prototipos
virtuales de estructuras, con el sistema
universal estructural paramétrico
desarrollado en el proyecto. En aras de
conseguir un texto útil para los muchos
subsectores a los que va destinada la guía,
se ha optado por la brevedad y por un
vocabulario no excesivamente técnico.
En la guía se plasma un ejemplo de
vanguardia en I+D en construcción con
madera y se presentan algunos enfoques
que dominarán en el futuro la arquitectura.
Esta disciplina se encuentra ahora
explorando formas innovadoras y
revolucionarias de afrontar problemas
técnico-arquitectónicos que difícilmente
pueden resolverse con sistemas
constructivos convencionales, en un entorno
de incremento exponencial en las exigencias
de prestaciones a los edificios. Este
documento constituye, por tanto, una fuente
de información para las empresas y
profesionales interesados en los
mencionados enfoques.
A lo largo de la historia, la Comunidad
Valenciana ha sabido extraer lo máximo de
la madera en la construcción, como
demuestra la existencia desde el siglo XIII
de uno los gremios de carpinteros más
antiguos de Europa. Con enfoques como
los que propone la guía, la industria
valenciana de la madera en construcción
puede revivir mediante la I+D+i y la calidad.
A partir de sistemas muy tecnificados y
prefabricados, como los expuestos en la
guía, puede conseguir tanto una potente
proyección en todos los mercados del área
mediterránea como un aumento y
optimización del uso en construcción de
este material sostenible y técnicamente
avanzado.
Miguel Ángel Abián, responsable del Dpto.
de Tecnología y Biotecnología de la Madera
de AIDIMA, ha sido el coordinador y director
técnico del proyecto de I+D durante sus
tres años de duración. En este tiempo ha
contado con la colaboración de un excelente
equipo de trabajo, que se encuentra formado
por especialistas de la arquitectura y del
sector de la madera. Sus resultados, junto
con los procesos y tratamientos
desarrollados en AIDIMA a partir de
investigaciones y ensayos sobre materiales
y estructuras, han servido para la redacción
de esta guía.
Para visializar con más detalle el desarrollo
del proyecto pueden visializar el video
alojado en Youtube titulado “Sistemas
constructivos y estructurales mixtos de madera
laminada encolada AIDIMA”, con la dirección:
http://www.youtube.com/watch?v
=PkoPWFsO994
Los autores
Miguel Ángel Abián Pérez
Licenciado con grado en Ciencias Físicas
Obtuvo la suficiencia investigadora en el Dpto.
de Física Aplicada de la Universidad de Valencia
con una tesina sobre electromagnetismo.
Realizó varios cursos de doctorado
relacionados con electromagnetismo,
electrónica, semiconductores y cristales
fotónicos. Ha recibido becas del IMPIVA y de
la Universidad Politécnica de Valencia. Es Máster
estadounidense en UML y Java.
Se incorporó en 1998 a AIDIMA, donde ha
participado como investigador en 23 proyectos
de investigación nacionales e internacionales
relacionados con madera en construcción,
biosensórica, bioelectrónica,
telecomunicaciones, visión artificial y web
semántica; así como en la Red de Excelencia
de la Comisión Europea INTEROP 20032007. El año 2006 estuvo cuatro meses como
investigador invitado en el departamento
Lehrstuhl für Messsystem und Sensortechnik
de la Universidad Politécnica de Munich (TUM),
donde colaboró en el desarrollo de nuevos
métodos para la detección de defectos en
superficies acabadas y en el diseño e
implementación de sistemas distribuidos de
sensores para el sector del automóvil y de
energías renovables. En 2007 recibió un premio
BANCAJA-UPV por un proyecto final de
carrera relacionado con la calidad interna de
la madera. En 2009 recibió el premio
internacional Schweighofer Innovation Prize
-el premio más prestigioso en el sector forestal
y de la madera- por su aportación al desarrollo
de nuevas tecnologías de evaluación no
destructiva de la madera en construcción.
Actualmente es Responsable del
Departamento de Tecnología y Biotecnología
de la Madera y del Área de Construcción de
Madera. Es coautor de 7 libros y guías técnicas
relacionadas con el uso de la madera en la
construcción y la visión artificial. También ha
publicado varios artículos científicos en revistas
como IEEE Transactions on Microwave Theory
and Techniques; y ha participado como
ponente en congresos y conferencias como
European Congress on Computational
Methods in Applied Sciences and Engineering
e IEEE International Conference on Multisensor
Fusion and Integration for Intelligent Systems,
y en reuniones COST (European Cooperation
in Science and Technology). Ha publicado más
de 22 artículos técnicos en revistas sectoriales.
Es autor o coautor de 6 patentes, algunas de
ellas en trámite. Tres de ellas corresponden a
dispositivos y métodos para detectar la
biodegradación de la madera en construcción.
Manuel García Barbero
Arquitecto
Kiyanshid Hedjri
Arquitecto
Cursó estudios de arquitectura en ETSASevilla, RWTH-Aachen, TU-Berlín y TU-Graz.
Está especializado en arquitectura bioclimática
por la TU-Graz y desarrolla una actividad
profesional muy centrada en la construcción
con madera y la eficiencia energética de la
edificación. Ha cursado estudios de máster
orientados a la construcción con madera en
la Universidad austriaca de Linz y el máster
de ingeniería de la madera de la Universidad
de Santiago de Compostela.
Ha colaborado en diferentes estudios de
arquitectura en Berlín, Graz, Viena, Murcia y
Almería. También ha desarrollado proyectos
que abarcan la rehabilitación de estructuras
de madera en edificios religiosos y civiles, la
construcción en nueva planta con un sistema
constructivo energéticamente muy eficaz en
entramado ligero de madera y la recuperación
de un edificio del siglo XVIII utilizando sistemas
prefabricados en contralaminado con destino
hostelero para una certificación energética
de clase A.
Desde el año 2006 viene desarrollando un
trabajo de colaboración muy estrecha con
AIDIMA en el desarrollo de nuevas
perspectivas técnicas para la aplicación de la
madera en la construcción, mediante diferentes
proyectos de investigación, como el reflejado
en la presente guía. Desde el año 2005 es el
consultor técnico para Proholz Austria en
España y es responsable de la generación y
publicación de diversos documentos técnicos
y divulgativos, del desarrollo de la versión en
castellano de dataholz.com y de cltdesigner.at;
así como de la organización de seminarios
técnicos por toda la península, de la
organización de los nuevos Impulsos Proholz
y de la coordinación de otras actividades con
socios de Proholz en España.
Estudió arquitectura en la Universidad Técnica
de Viena con una especial atención al
urbanismo y al uso del parametricismo,
basándose en las teorías de la arquitectura
crecida y no planeada y en su comparación
con la naturaleza.Trabajó durante los estudios
como tutor en el instituto de viviendas de la
Facultad de Arquitectura. También cursó
estudios en Barcelona y Múnich sobre los
temas de “Pasivhaus” y de programas
informáticos para la construcción con madera.
Ha colaborado después de la carrera en varios
estudios de arquitectura en Viena y Barcelona,
donde ganó como colaborador varios
concursos arquitectónicos de importancia.
Desde 2007 ejerce como arquitecto
autónomo enfocado en la arquitectura
bioclimática y paramétrica. El punto central
de su labor profesional es la combinación de
la arquitectura bioclimática con nuevas
tecnologías del diseño y tecnología informática
para la optimización del resultado. Colabora
con AIDIMA desde el año 2009 en proyectos
de I+D relacionados con la búsqueda de
soluciones innovadoras para la construcción
industrializada y modularizada con madera
mediante nuevas tecnologías.
Índice
1. INTRODUCCIÓN
6
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
7
2.1. BIOMIMETISMO
2.2. PARAMETRICISMO
3. SISTEMA ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA
8
3.1. CONCEPTO DEL SISTEMA.
3.2. ESTRATEGIAS ESTRUCTURALES
4. METODOLOGÍA DE DESARROLLO DE PROTOTIPOS
VIRTUALES CON EL SISTEMA ESTRUCTURAL
PARAMÉTRICO AIDIMA
10
5. CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE
ESTRUCTURAS A PARTIR DE PROTOTIPOS VIRTUALES
DISEÑADAS CON EL SISTEMA ESTRUCTURAL
PARAMÉTRICO AIDIMA
12
6. APLICACIONES PRÁCTICAS DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
PARAMÉTRICO AIDIMA
13
7. IMÁGENES Y FOTOGRAFÍAS REPRESENTATIVAS DEL
TRABAJO REALIZADO DURANTE EL PROYECTO DE I+D
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Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras
ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
1. INTRODUCCIÓN
Durante los años 2009, 2010 y 2011, AIDIMA
ha desarrollado el proyecto de I+D “Desarrollo
de sistemas constructivos mixtos de madera
laminada y vidrio para estructuras ligeras de
cubierta”. Las tres anualidades del proyecto han
sido financiadas por el IMPIVA (Instituto de la
Mediana y Pequeña Industria Valenciana). El
proyecto ha sido cofinanciado por fondos FEDER
(Fondo Europeo de Desarrollo Regional) de la
Unión Europea.
1.1. OBJETIVOSY RESULTADOS DEL PROYECTO
Este proyecto ha tenido como objetivo general
el desarrollo de una tecnología innovadora de
sistemas constructivos integrales mixtos de
madera laminada encolada y vidrio laminado
con chapa de madera para ser utilizados en
estructuras ligeras de cubierta.
Las conclusiones generales y específicas obtenidas
a lo largo de los tres años del proyecto se han
recopilado con un enfoque apropiado para su
difusión en los sectores de interés
(principalmente, arquitectos, diseñadores,
empresas de madera, chapa y vidrio) y para el
público en general. A partir de dichas
conclusiones se ha preparado esta guía técnica
para el diseño y construcción de estructuras
ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
laminado.
El principal resultado del proyecto, en el que se
centra esta guía, es el Sistema Estructural
Paramétrico AIDIMA (SEPA) para sistemas
constructivos mixtos, que constituye el resultado
conceptual del análisis de tres campos: la técnica
estructural del momento, el diseño arquitectónico
actual y las tendencias de éste en el futuro.
Considerando en detalle estas tendencias actuales
y sus posibles consecuencias futuras, se ha
desarrollado una aproximación ingenieroindustrial compatible que se anticipe a la técnica
y diseño actual, de manera que el sistema
desarrollado pueda incluirse en algunas
tendencias arquitectónicas todavía incipientes,
pero que tendrán gran relevancia en las próximas
décadas.
Los objetos, productos y estructuras que se
diseñan y construyen dependen tanto de la
potencia de las herramientas de diseño como
de la capacidad tecnológico-industrial existente
para su producción. La realidad virtual simulada,
cada vez más potente y eficaz tanto en el
software como en el hardware, abre nuevas vías
para plantear la resolución de problemas antes
imposibles de abordar, con una seguridad técnica
hasta ahora insospechada.
El SEPA constituye una fusión de los avances en
realidad virtual simulada con los desarrollos
tecnológicos de la madera como material
avanzado, de manera que se ha obtenido un
solo sistema versátil que permite nuevas formas
de diseñar y construir.
1.2. IMPACTO TÉCNICO DEL PROYECTO
En el sistema SEPA tiene un papel crucial la
madera, que como principal material estructural
6
que ofrece la naturaleza ha sido aprovechada
por el hombre desde el principio de su evolución.
Este material presenta una estructura totalmente
optimizada en la que diferentes polímeros
(celulosa, lignina) se complementan entre sí para
formar una matriz de células y paredes celulares
que admiten una gran resistencia en relación
con su baja densidad. Además, tiene una buena
resistencia al fuego.
La madera técnica es madera transformada para
conseguir dimensiones, formas y características
que en muchos casos resultan imposibles de
conseguir con madera maciza o aserrada.
Mediante la madera técnica, pueden superarse
las limitaciones de la madera aserrada para
estructuras de grandes dimensiones y de
cualquier forma.
Maderas técnicas como la madera laminada
encolada permiten construir estructuras de una
manera estandarizada y con una gran ventaja
en coste respecto a materiales como el hormigón
o el acero, aparte de sus ventajas
medioambientales (reducción del consumo
energético, reducción de las emisiones de CO2,
estímulo para la gestión forestal). La madera
técnica es una inmejorable elección tanto para
la arquitectura orgánica -que simula formas
naturales y promueve la armonía entre el hábitat
humano y el mundo natural- y la arquitectura
paramétrica -cada vez más popular y reconocida,
y que es posible por las nuevas tecnologías
informáticas de diseño automático-.
La creación de una metodología completa de
diseño, construcción y prefabricación de
estructuras ligeras orgánicas hechas con madera
laminada y vidrio laminado de chapa de madera
constituye una novedad absoluta con respecto
al estado del conocimiento de la construcción
en madera, tanto más relevante cuanto que en
el proyecto se han involucrado arquitectos y
empresas europeas de prestigio en el campo
de la construcción en madera.
En el caso del vidrio, las posibilidades que ofrece
el uso de chapas de madera dentro del vidrio
resultan también muy innovadoras e interesantes.
En concreto, pueden lograrse efectos llamativos
mediante el uso de chapas tan finas que sean
casi translúcidas. Con ellas puede obtenerse un
medio muy interesante de mitigación lumínica
en muros cortina y también un efecto de
superficie retroiluminada, bien sea con luz natural
de día o con luz artificial de noche.
Existen infinidad de aplicaciones que justifican el
esfuerzo investigador dirigido hacia la obtención
de sistemas constructivos en los que la madera
y el vidrio trabajen conjuntamente.Vidrio y madera
tienen características opuestas que, si consiguen
equilibrarse, aportan la posibilidad de lograr un
balance interesante en el que estos materiales
se 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 la
imparable realidad de una tendencia de futuro
diferente en el diseño, control y ejecución de la
arquitectura e ingeniería. Este futuro pasa por
la incorporación de la parametrización en los
procesos de diseño industrial y arquitectónico,
así como por la incorporación de la
industrialización y la prefabricación más avanzadas
para lograr una optimización y previsión fiable
de los recursos.
La investigación en el aprovechamiento de
dimensiones pequeñas de material y la
prefabricación de elementos estructurales de
madera laminada encolada de coníferas
constituyen una oportunidad de generar valor
añadido para las empresas que trabajan la madera
maciza, sobre todo para la empresa auxiliar del
mueble, que en la actualidad está perdiendo
competitividad por la crisis que afecta a este
sector.
La mencionada prefabricación constituye una
muy buena alternativa al uso de madera aserrada,
lo cual puede permitir que el subsector
valenciano del aserrío reciba un nuevo impulso
de innovación. Estas empresas se ubican sobre
todo en zonas de interior de la Comunidad
Valenciana; así que los resultados obtenidos
pueden contribuir al desarrollo industrial en
zonas rurales, y por lo tanto en áreas geográficas
con problemas socioeconómicos estructurales.
También el sector de la chapa de la madera,
muy concentrado dentro de España en la
Comunidad Valenciana, tiene muchas dificultades
por la caída de producción de muebles. El uso
de chapa de madera como elemento intermedio
en laminados de vidrio abre una gran
oportunidad para dar un muy alto valor añadido
a esta industria muy orientada al mobiliario, lo
cual permitiría diversificar en producto y en
mercados, contribuyendo así a la mejora de la
competitividad de las empresas y a la creación
de puestos de trabajo, basados en la
infraestructura industrial existente y en la
innovación derivada del proyecto.
También la industria valenciana del vidrio puede
salir reforzada con los resultados de este proyecto
de I+D, al integrarse en un sector estratégico
como la madera. La cooperación entre empresas
de la madera y del vidrio en el campo de la
construcción resulta altamente innovadora en
la Comunidad Valenciana.
Los resultados del proyecto pueden potenciar
también en la Comunidad Valenciana tecnologías
innovadoras de construcción sostenible basada
en madera, así como la eficacia energética en
las construcciones. Asimismo, son una vía para
que las empresas valencianas aprendan nuevas
técnicas para prefabricar y montar estructuras
de madera con forma orgánica, a fin de establecer
nuevas líneas de negocio y adelantarse a las
necesidades de los arquitectos y de sus clientes.
2. BIOMIMETISMO Y PARAMETRICISMO
o de prestaciones añade un claro parámetro
al que el proyecto debe restringirse para ser
viable.
Existen dos tendencias en el diseño y desarrollo
de productos de todo tipo que, aun contando
cada cual con claro carácter propio, se encuentran
en áreas del conocimiento con zonas de
transición poco claras todavía. Ambos
movimientos, biomimetismo y parametricismo,
son posibles gracias a una revolución que ya se
ha iniciado en toda sociedad moderna, pero
que pasa inadvertida para muchos: el aumento
vertiginoso de la capacidad computacional.
Sin la informática, el parametricismo resulta
imposible. Solamente con los avances
experimentados en las tecnologías de la
información pueden desarrollarse poderosas
herramientas algorítmicas que gestionen los
diferentes protocolos que se ven implicados
en un diseño arquitectónico-ingenieril.
El desarrollo parametrizado del proyecto
arquitectónico tiene ventajas fundamentales
para la sociedad moderna:
2.1. BIOMIMETISMO
Pese a su nombre vanguardista, el concepto de
biomimética resulta connatural al ser humano.
La humanidad siempre se ha basado, consciente
o inconscientemente, en la experiencia
organoléptica de la realidad natural del entorno
para diseñar soluciones a los problemas
cotidianos.
• Costes. La previsión y control de costes es
fundamental en un mundo con exigencias
crecientes en cuanto a las prestaciones del
edificio. Cada pequeño incremento en las
prestaciones supone un importante incremento
en los costes. Con el incremento del número
de elementos que intervienen en el proyecto,
se obtiene paralelamente un aumento en los
solapes y situaciones de incompatibilidad que
han de preverse. En caso contrario, acaban
suponiendo costes elevadísimos a consecuencia
de las rectificaciones in situ y de los retrasos
que éstas producen.
La paulatina comprensión de la naturaleza
ocasiona una repentina avalancha de efectos,
estructuras, relaciones y fenómenos que permiten
plantear infinidad de soluciones incluso a
problemas de resolución impensable antes.
El diseño industrial de productos, de arquitectura,
etc., se va a beneficiar imitando a la naturaleza;
pero no solo imitándola en las formas que
produce, sino también en su modus operandi
para producirlas. Así, la biomimética da un salto
fundamental hacia delante en el diseño. Se imitará
a la naturaleza en su modo de crear soluciones,
con el fin de obtener las soluciones más
optimizadas para un problema concreto; y no
solamente en las formas finales que produce
por medio de algoritmos genéticos y evolutivos.
• Optimización de recursos. La huella ecológica
que produce el sector de la construcción es
enorme y la obtención de los materiales de
construcción tradicionales (hormigón, aluminio)
tiene un elevado coste energético. La
construcción actual produce residuos en un
grado muy perjudicial para el medio ambiente,
en parte por la inadecuada valoración de las
cantidades de materiales necesarios. La correcta
parametrización del proyecto repercute
automáticamente en la reducción de la cantidad
de materiales desechados. Esto supone un
enorme ahorro, pues se ahorra tanto el coste
de la adquisición de materiales innecesarios (que
se desechan al final de la obra) como el coste
de su posterior transporte y reciclado.
La investigación desarrollada en el proyecto
revela que para crear una herramienta de diseño
biomimética en su funcionamiento es necesario
dominar antes las herramientas propias del
parametricismo.
2.2. PARAMETRICISMO
Otro enfoque de máxima relevancia en el diseño
viene representado por el parametricismo, que
difiere de los métodos de diseño actuales.
Cualquier sociedad se encuentra cada día más
regulada normativamente, y todo producto debe
cumplir una serie de estándares técnicos, unas
normas específicas de uso, de urbanismo, etc.
Debido a ello, los fabricantes de productos
deben ofrecer la seguridad absoluta de que
éstos no van a comportarse de forma no
deseada o imprevista. Esto hace que sectores
como la arquitectura y la construcción vean
cada día más difícil su desarrollo. El arquitecto
se encuentra restringido en cuanto a proyectos
por una larga lista de parámetros legales de
obligado cumplimiento que crece año a año, y
aumenta proporcionalmente la dificultad de
considerarlos y controlarlos todos con las
herramientas convencionales.
Además, van apareciendo nuevos parámetros
técnicos aún no reglamentados del todo, pero
que ganan importancia: soleamiento, ventilación,
circulación óptima de usuarios, etc. Considerarlos
hace más complejo el desarrollo de cualquier
proyecto arquitectónico.
El parametricismo no es sólo una tendencia
artística, como piensan algunos, sino que
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Figura 1. Estructuras de radiolaria. Fuente:
www.radiolaria.org
Figura 2. Estructura biomimética. Fuente: Jellyfish House
- IwamotoScott Architecture
constituye la necesaria respuesta metodológica
a una realidad en la que la sociedad se está
sumergiendo de forma tangencial, casi
inconsciente. El enfoque parametricista de la
realidad del diseño se está convirtiendo en algo
cada vez más ineludible. Cada detalle normativo
• Optimización temporal. La correcta
parametrización del proyecto permite un mayor
nivel de prefabricación y de precisión de ésta,
lo cual reduce los tiempos de ejecución y permite
ajustar al máximo los sistemas auxiliares que
han de participar en el proceso. La logística
puede ajustarse al desarrollo de la obra siguiendo
el concepto propio de la industria automovilística
moderna (just in time). Todo esto supone un
enorme ahorro económico y un aumento de
la productividad en un sector que se ha quedado
atrasado en la última década en cuanto a esta
última.
• Predictibilidad en el comportamiento del
edificio. La integración en el proceso de
parametrización de diferentes programas de
simulación por ordenador trae como
consecuencia directa un mayor control y
optimización de las prestaciones del edificio.
Una vez bien ajustadas las herramientas de
diseño paramétrico, pueden lograrse productos
y estructuras con el mayor número posible de
prestaciones y el menor número posible de
impactos.
En definitiva, la parametrización es la respuesta
lógica a un mundo donde cada vez intervienen
más parámetros limitantes y con unos recursos
cada vez más escasos.
7
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
3. SISTEMA ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA
La madera es un material muy apreciado por su facilidad de trabajo y
buen comportamiento en las incipientes experiencias de diseño
paramétrico de pequeño tamaño o con carácter temporal. Sin embargo,
cuando se plantea utilizarla a una escala superior, aparecen dudas entre
los profesionales acerca de la idoneidad de las prestaciones de la madera
para cumplir con los requisitos de un gran proyecto.
La madera técnica es un producto demasiado nuevo y aún desconocido
por muchos técnicos, por lo que no todavía no se ha introducido lo
suficiente en las oficinas técnicas que desarrollan proyectos desde una
perspectiva de diseño paramétrico. Por este motivo, pueden encontrarse
todo tipo de estructuras paramétricas ejecutadas con los materiales
convencionales, a pesar de que resultan extraordinariamente caros.
Figura 3. Ejemplo de estructura desarrollada con las cerchas tridimensionales en las
que se basa el SEPA.
Con los resultados del proyecto se han mostrado las inmensas posibilidades
de la madera técnica (en concreto, de la madera laminada encolada) y
se ha establecido que existe un nicho propio para ella en el subsector
de las estructuras tridimensionales complejas.
3.1. CONCEPTO DEL SISTEMA
Basándose en una aproximación propia de la naturaleza hacia la eficacia
estructural, se consideraron en primer lugar las variadas estrategias
evolutivas presentes en los radiolaria, organismos microscópicos que
muestran una enorme capacidad para optimizar sus esqueletos (máxima
resistencia y mínimo uso de recursos materiales).
Los radiolaria, al igual que todas las estructuras biológicas de la naturaleza,
se sirven de estrategias para evitar el uso innecesario de recursos de
cualquier tipo. De la misma forma, los osteocitos aportarán hueso
solamente allí donde se requiera estructuralmente, y quedarán huecas
aquellas áreas no sometidas a tensiones. Las estructuras desarrolladas
en el proyecto han sido diseñadas y proyectadas con esta misma
perspectiva.
La madera trabaja muy bien frente a esfuerzos tensiles, ya sean tracciones
o compresiones. Los cortantes o flectores a largo plazo afectan
negativamente a la estabilidad geométrica de las piezas lineales de madera
debido a la fluencia propia del material, que produce importantes
deformaciones diferidas, especialmente cuando se encuentra a la intemperie.
Las uniones en madera no deben considerarse como empotramiento
casi nunca. Siempre ha de trabajarse considerando una unión en madera
con un comportamiento del tipo rótula.
Figura 4. Ejemplo de estructura desarrollada con las cerchas 3D en las que se basa
el SEPA.
Esto lleva a una consecuencia directa: la madera ha de trabajar solamente
a tracción o a compresión si se quiere aprovechar al máximo sus
prestaciones. El sistema desarrollado (SEPA) para sistemas constructivos
mixtos se basa en el tetraedro como unidad básica para conformar
cerchas tridimensionales laminares con unidades tetraédricas en torno
a figuras octaédricas.
3.1.1. LA CERCHA TRIDIMENSIONAL COMO BASE ESTRUCTURAL
DEL SEPA
La cercha tridimensional es una figura muy estable y muy apropiada para
estructuras orgánicas y paramétricas. Respetando una serie de parámetros
limitantes de la geometría interna de los tetraedros que la conforman,
su estabilidad permite que pueden elaborarse cerchas tridimensionales
curvas, regladas, o incluso cerradas en sí mismas, al modo de una esfera
buckminsterfulleriana.
Considerando estrategias directamente copiadas de la naturaleza por su
lógica matemática, si un área de la cercha sufre esfuerzos importantes
pueden contrarrestarse por medio de un empaquetamiento mayor de
los tetraedros. Las capas de tetraedros pueden duplicarse. Se puede
mejorar incluso la clase resistente de la pieza sin necesidad de aumentar
la sección de las barras que conforman la estructura. Las barras deben
trabajar con una reducción al mínimo de cualquier esfuerzo que no sea
de tracción o compresión y debe ser el nudo el que asuma internamente
cualquier momento, cortante o flector.
La cercha tridimensional tiene una geometría interna básica similar a la
estructura reticular del diamante, la más estable de la naturaleza, en su
versión plana. En el desarrollo de las múltiples formas que puede adquirir,
se deforma esta geometría básica y sus tetraedros de forma sencilla con
la simple elongación o contracción longitudinal de las barras de madera.
8
Figura 5. Ejemplo de estructura desarrollada con las cerchas 3D en las que se basa
el SEPA e iluminada por la noche.
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Figura 6. Ejemplo (telón de embellecimiento) de las posibilidades del vidrio laminado de chapa de madera.
3.1.2. EL NUDO, LA BARRA Y EL CERRAMIENTO: LOS ELEMENTOS
BÁSICOS DEL SEPA
EL NUDO
La estructura en base tetraédrica está conformada por tetraedros donde
las aristas son barras que se unen en los vértices, configurados por un
elemento nudo. Este nudo es el elemento más complejo de obtener. El
nudo idóneo sería aquel en que los ejes de las barras concurran en un
solo punto. Desgraciadamente, conseguir este extremo en una estructura
de cercha tridimensional muy variable resulta enormemente complicado
por cuestiones de geometría de montaje.
Existen infinidad de sistemas de nudos en el mercado que podrían
utilizarse para desarrollar sistemas constructivos mixtos de madera
laminada y vidrio. Sin embargo, estos nudos están pensados para emplearse
en estructuras metálicas y no en madera. Lograr la transición nudo-barra
resulta complejo y caro, y al final suele necesitarse tanto acero que la
madera deja de cumplir con su finalidad estructural y se convierte en
un mero elemento decorativo.
Por otra parte, la mayor parte de los sistemas existentes están pensados
para su uso en una cercha tridimensional plana pura donde las barras
siguen un esquema de directrices regulares lineales. Así, sus nudos tienen
una distribución de las entradas para los conectores idénticas en todos
los vértices. Es decir, todas las piezas son iguales. En una estructura general
SEPA, esto no resultaría útil, puesto que cada nudo es diferente de los
demás. El sistema comercial que mejor se presta a las exigencias de un
sistema constructivo mixto es la bola perforada. Sin embargo, su uso en
cerchas complejas complica enormemente la logística cuando se consideran
estructuras con varios miles de nudos diferentes entre sí, extremo que
descarta dicha solución.
El nudo debe ser universal: ha de comportarse de forma idéntica
independientemente del ángulo de acometida respecto al plano
perpendicular de su eje y debe transmitir de forma eficiente y económica
los esfuerzos a las barras. Las investigaciones realizadas sobre los sistemas
comerciales de mercado no han aportado ninguna solución existente
que cumpla estos requisitos. Debido a ello, se han desarrollado para el
proyecto nudos específicos, utilizando máquinas de control numérico.
LA BARRA
La barra es otro elemento fundamental del sistema. En el proyecto, las
barras de los sistemas constructivos mixtos se han realizado con madera
laminada encolada GL24h de pino silvestre (Pinus Sylvestris) procedente
de la Comunidad Valenciana y tratada con sales de cobre hidrosolubles
para una clase de uso 4, según la norma UNE EN 351. Una gran ventaja
de la madera laminada es su estabilidad dimensional: las barras apenas
varían sus dimensiones frente a cambios de humedad y temperatura en
el ambiente.
Todas las barras del sistema estructural tienen la misma sección. Así se
consigue tanto simplificar la sistemática de la parametrización del diseño
como prefabricar industrialmente de manera eficaz y económica.
En el proyecto se han definido tratamientos preventivos de naturaleza
química para mejorar la durabilidad de las barras de madera laminada
encolada frente a insectos y hongos xilófagos (clases de uso 3 y 4),
prestando atención a los agentes bióticos xilófagos más habituales en el
área mediterránea. Se han definido también tratamientos preventivos de
naturaleza química para mejorar la durabilidad abiótica de las barras
frente a la radiación solar.
Asimismo, se han definido estrategias constructivas para mejorar la
durabilidad abiótica de las barras frente a la radiación solar y la lluvia.
Estas estrategias se han ejemplificado con un edificio cúbico, pero son
extensibles a cualquier estructura paramétrica o de forma orgánica.
También se han definido tratamientos preventivos y estrategias constructivas
para mejorar la durabilidad abiótica de las barras frente al fuego.
EL CERRAMIENTO
Para el cerramiento de los sistemas constructivos mixtos se ha considerado
vidrio laminado de chapa de madera. Empleando chapas de distintas
especies para el vidrio laminado, pueden lograrse cerramientos que
presenten varias texturas y distintos grados de transparencia.
A partir de los resultados obtenidos para termitas y hongos de pudrición,
puede afirmarse que los cerramientos de vidrio laminado de chapa de
madera desarrollados en el proyecto no precisan ningún tratamiento
preventivo para mejorar su durabilidad biótica. Con respecto a la resistencia
a la radiación solar, el comportamiento de los vidrios laminados resulta
9
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
insatisfactorio. Después de seis meses de exposición a la intemperie,
todas las probetas ensayadas muestran agrisado y agrietado de la chapa,
e incluso quemaduras por la radiación ultravioleta.
Los problemas encontrados son más graves que los que aparecen en
madera colocada en exterior, pues la chapa tiene un espesor muy reducido
y en consecuencia es más propensa a sufrir grietas y quemaduras por
rayos ultravioleta. Por otra parte, a diferencia de lo que ocurre en las
barras, resulta imposible aplicar sucesivos tratamientos protectores a la
chapa, pues una vez fabricado el vidrio laminado no puede accederse a
ella sin romper el cristal. Por último, debe protegerse del ultravioleta el
adhesivo utilizado para unir el conjunto cristal-chapa-cristal (generalmente,
adhesivos de polivinilo transparente, resinas poliméricas curadas por
ultravioleta o polivinilo del butiral), pues es afectado por esa radiación
y pierde adherencia, lo cual podría ocasionar a largo plazo la separación
de las láminas.
Por todo ello, el deterioro por la radiación solar no puede solucionarse
con un tratamiento preventivo químico de la chapa, y en consecuencia
se ha definido en el proyecto un método de fabricación completo para
el vidrio laminado de chapa de madera, que consta de nueve etapas.
3.2. ESTRATEGIAS ESTRUCTURALES
El SEPA se basa en un concepto de universalidad para los componentes
que lo integran. ¿Cómo entonces se consigue compensar las diferencias
de tensiones que se producen en una estructura con forma libre?
La respuesta resulta sencilla. Si bien constructivamente las barras y nudos
son los elementos básicos de ejecución, el verdadero átomo está
constituido por los tetraedros regulares e irregulares que conforman la
estructura. Este elemento, en conjunción con otros del mismo tipo,
garantiza que las barras y nudos trabajen dentro de los márgenes de
tensiones requeridos para su buen funcionamiento.
La malla de un sistema constructivo mixto es un entramado de tetraedros
en torno a un octaedro central. Los octaedros son los elementos básicos
de generación de geometría en una primera aproximación. Después, los
correspondientes algoritmos de cálculo predicen el comportamiento
estructural relativo de los tetraedros y compensan, si resulta necesario,
la debilidad concreta de las zonas más solicitadas por medio de diferentes
estrategias:
SEPA, resulta indispensable que las dos realidades sean una imagen la
una de la otra. La imagen real de una estructura elaborada con el SEPA
solo podrá garantizarse basándose en un prototipo virtual previo de
dicha estructura. En definitiva, lo que se hará en un proyecto arquitectónico
paramétrico es construir la estructura dos veces. Primero simulada,
finalmente ejecutada.
Esto resulta de un gran valor para estructuras con un alto nivel de
complejidad. En la construcción convencional, un edificio concebido y
construido desde el inicio es un prototipo y los posibles errores de
concepción han de corregirse durante la obra. Esto aumenta los costes
y los tiempos de ejecución y disminuye la calidad final del edificio.
El SEPA, sin embargo, construye primero un prototipo virtual del edificio
con un elevado grado de precisión, que constituye el prototipo de trabajo.
Después se pondrá a prueba por medio de simulaciones virtuales tanto
del comportamiento estructural, térmico, etc., como del montaje y demás.
Una vez aprobadas las pruebas de idoneidad en el prototipo virtual, se
generará el despiece de la estructura para su prefabricación exacta en
fábrica, incluyendo el orden de fabricación y los plazos de entrega. Esta
simulación previa permitirá ahorrar enormes cantidades de dinero y
hacer el sistema muy competitivo.
Como ejemplo de las posibilidades del SEPA, se ha ejecutado un telón
embellecedor tridimensional para investigar y desarrollar, basándose en
esta estructura de reducidas dimensiones, toda la metodología necesaria
para conseguir la futura automatización del proceso. A continuación se
refleja el resultado de la experiencia sobre el trabajo del telón 3D.
Se ha desarrollado la siguiente metodología, que se probó con un
prototipo virtual que después se construyó con la ayuda de la empresa
valenciana RISAL WOOD.
Fase 1: Diseño de la forma
Se considera una forma libre diseñada según los parámetros que se han
considerado relevantes: adaptación al emplazamiento, programa de uso,
resistencia a la intemperie, sostenibilidad, normativas, etc.
• Empaquetamiento. En el caso de que no se exija la regularidad de la
malla, se permite al programa que reduzca las tensiones disminuyendo
la longitud de las barras y por tanto empaquetando más los tetraedros.
Esta densificación es la forma mas inmediata que emplea la naturaleza
para aumentar la rigidez y resistencia de un tejido estructural.
• Separación de superficies. Las cerchas tridimensionales tienen dos
superficies más o menos paralelas que están unidas por barras intermedias.
Conceptualmente, puede considerarse que las superficies constituidas
por las barras exteriores tienen la capacidad de asimilar esfuerzos de
forma laminar y que las barras interiores rigidizan a éstas y distribuyen
las cargas entre ambas superficies. Así, en un caso de cercha tridimensional
plana, la capa superior trabajaría fundamentalmente a compresión y la
capa inferior a tracción; y las barras interiores serían conductores de
tensiones entre las anteriores. Si la luz que debe cubrir la cercha es
pequeña, las láminas exteriores pueden estar poco separadas; pero,
conforme vayan aumentando las luces, la separación debe aumentar en
consecuencia para incrementar la inercia de la sección. Esta estrategia
tiene unos límites, obviamente.
• Uso de barras con una clase resistente superior. Finalmente, se puede
recurrir al uso de barras de un tamaño similar pero con una resistencia
superior. Esta es una estrategia de aplicación sencilla y que dificulta poco
la logística y la productividad de la obra. Se trata de optimizar la estructura
aplicando una barra o barras con resistencias superiores a las básicas allí
donde las tensiones y la geometría lo exijan.
Figura 7. Diseño de la forma libre.
Fase 2: Modularización de la construcción
Uno de los objetivos principales del SEPA es desarrollar sistemas
constructivos mixtos que sean viables económicamente, por lo tanto la
industrialización y repetición resulta una herramienta muy relevante. La
subdivisión controlada es un instrumento que permite el control de los
costes.
Para construir con barras rectas una superficie curvada general -por
ejemplo, la de un edificio orgánico-, se subdivide la forma de interés en
triángulos (un tipo particular de teselado). La subdivisión se realiza
mediante triángulos isósceles en pocos grupos con la misma longitud de
la arista base (figura 8). De esta manera se puede llevar a cabo una
producción industrial y repetitiva; como resultado disminuye el coste de
la producción y se simplifica la logística y montaje de la obra.
Con estas estrategias básicas incorporadas en sus correspondientes
algoritmos, se posibilita que el software genere una malla tridimensional
en tiempo real, para la cual puede tener en cuenta otros factores limitantes
del proyecto.
4. METODOLOGÍA DE DESARROLLO DE PROTOTIPOS VIRTUALES
CON EL SISTEMA ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA
Las investigaciones realizadas persiguen delimitar con precisión el SEPA
para que la técnica constructiva y el método de diseño evolucionen en
paralelo. Esto es fundamental porque, para conseguir los objetivos del
10
Figura 8. Subdivisión de la forma libre.
Fase 3: Cerramiento del vidrio
Como se ha mencionada en la fase anterior, la
subdivisión controlada es un mecanismo muy
potente para controlar los costes, pues permite
la repetición de los elementos constructivos.
Debido a la subdivisión controlada de la forma
libre de interés en pocos grupos de triángulos,
el cerramiento de vidrio se compone de pocos
módulos, que se repiten. Los ejes del cerramiento
del vidrio determinan los ejes de las barras de
madera laminada encolada, como se explica en
la siguiente fase.
(figura 12), se hace de forma automática, en su
bisector.
Fase 10: Cálculo estructural final y control de
los parámetros de interés
Con los programas adecuados se verifica que el
modelo de la fase 9 cumple lo referente a
resistencia estructural y estabilidad según el CTE,
así como que cumple lo establecido para cualquier
otro parámetro de interés (aislamiento térmico,
acústico, resistencia al fuego, montaje, etc.).
Figura 9. Creación de la cercha 3D.
Fase 4: Creación de una cercha tridimensional
con los ejes obtenidos
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Los triángulos obtenidos en la anterior subdivisión
se utilizan para crear los ejes de las barras de
madera laminada, que se obtienen del
desplazamiento offset de los ejes del cerramiento
del vidrio hacia dentro de la estructura una
distancia determinada por el perfil de las barras.
La malla obtenida de este proceso se desplaza
en el eje Y dos metros y en el eje Z un metro.
Como resultado se crea una cercha
tridimensional, con un tetraedro como elemento
base (figura 9).
Fase 5: Control estructural
La estructura obtenida de las fases anteriores
se usa para una simulación estructural con
programas informáticos especializados en cálculo
estructural. Si el resultado no es satisfactorio, se
reinicia el ciclo (fases 1-4); en caso contrario, el
proceso continúa.
Fase 6: Simulación del montaje
Una vez concluido el ciclo de la creación de la
forma final, la optimización por subdivisión y los
cálculos estructurales, se realiza la simulación
del proceso del montaje, lo cual afecta al despiece
y a la jerarquía de corte de las piezas. La
simulación y optimización del montaje se ha
hecho de forma manual para el prototipo del
proyecto. El objetivo en el futuro es utilizar un
software que busque la mejor solución, según
los parámetros de entrada, de forma evolutiva.
Fase 7: Introducción de los ejes obtenidos en
el software DIETRICHS
La malla obtenida de la cercha tridimensional
se introduce en el software DIETRICHS u otro
similar.
Fase 11: Numeración de las barras
La numeración de las barras para el montaje y
la logística de la obra se realizan de forma
automática con DIETRICHS.
Figura 10. Ejemplo de modelización de una estructura
superficial de barras para analizar el comportamiento
estructural de las barras y del revestimiento, así como
sus deformaciones. Diagrama realizado con SAP2000
por AMATRIA INGENIERÍA.
Fase 12: Despiece de forma numérica y manual
La información que crea el programa DIETRICH
es numérica. Es decir, genera información para
una máquina de corte numérico o también para
el corte manual. De forma automática, se extraen
los planos para el control del corte y los archivos
en formato *.BTL para la máquina del corte.
Terminado el prototipo en forma digital, se
generan los archivos del despiece (formato BTL)
para la maquina numérica. Para el prototipo
virtual desarrollado en el proyecto se ha
empleado una WEINMANN WBZ 150/12 de
4 ejes, propiedad de la empresa RISAL WOOD.
Con DIETRICH, los planos para el control de
las piezas se exportan de forma automática y
acotada.
Figura 11. Posicionamiento de las barras a lo largo de
los ejes de la malla de la cercha tridimensional.
Figura 12. Corte de las barras en el bisector.
Fase 8: Creación de las barras de forma
predefinida a lo largo de los ejes de la malla de
la cercha tridimensional
En DIETRICHS se define el perfil, la posición, la
dirección, el giro y el tipo de la madera. Este
programa permite introducir la resistencia
mecánica de la madera según el sistema de
clases resistentes del Código Técnico de la
Edificación (CTE), y permite trabajar con madera
maciza, madera laminada, madera microlaminada,
etc.
Con este programa, las barras se ponen en su
posición de forma predefinida. A continuación
se define el eje de la barra, de vértice a vértice,
el perfil y el giro en el eje Z (figura 11).
Fase 9: Corte de las barras en el bisector
El corte de las barras en su bisector se define
también como el posicionamiento de las barras
de forma predefinida. Una vez definido el corte
Figura 13.
Vista
lateral del
prototipo
virtual de
sistema
constructivo
mixto
desarrollado
en el
proyecto. Los
triángulos de
vidrio
laminado de
chapa de
madera
corresponden
a los triángulos
obtenidos en la
subdivisión de la
fase 2. También pueden
apreciarse las posibilidades
estéticas que se obtienen
variando la especie de la chapa de
madera dentro del vidrio laminado.
11
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Figura 14. Prototipo físico de sistema constructivo mixto desarrollado en el proyecto a partir del prototipo virtual.
5. CONSIDERACIONES PARA LA
CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS A
PARTIR DE PROTOTIPOS VIRTUALES
DISEÑADAS CON EL SISTEMA
ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA
El sistema paramétrico AIDIMA presenta varias
ventajas significativas respecto a otros sistemas:
• El prototipo o modelo virtual es la imagen
exacta del edificio que va a construirse, en el
cual todos los cortes de cada pieza, tornillo y
herraje vienen exactamente definidos en el
modelo virtual. Así se suministran de forma
exacta todos los datos necesarios para el
proyecto.
• Si el paso de prefabricación es preciso, el
edificio corresponderá 1:1 al modelo virtual,
como lo hace un puzzle.
• La orientación del sistema SEPA a modelo
virtual no se reduce a las imágenes de las piezas
que lo componen. En el modelo virtual puede
simularse con precisión el montaje completo,
el número de piezas que deben producirse en
la fábrica, su fecha de entrega, su orden de
montaje, etc. Todos los procesos son simulables.
• Por medio del modelo virtual pueden preverse
las deformaciones de la estructura durante el
montaje y anticiparse a ellas mediante soluciones
de apeo transitorias si son necesarias.
• La construcción de estructuras SEPA se reduce
prácticamente al montaje.
12
Vista desde el interior de la estructura. Foto de portada
6. APLICACIONES PRÁCTICAS DEL SISTEMA
ESTRUCTURAL PARAMÉTRICO AIDIMA
Las aplicaciones prácticas que permite el SEPA
son innumerables, dado que se trata de un
sistema estructural muy versátil y completamente
innovador. Por ello resulta más sencillo concretar
sus limitaciones.
El SEPA está concebido fundamentalmente para
estructuras de gran tamaño. Para secciones
constructivas pequeñas o estructuras de tamaño
reducido, es posible su aplicación, pero no tiene
mucho interés.
Otra característica del SEPA que debe tenerse
en cuenta es su versatilidad para adquirir cualquier
forma geométrica deseada. Esto es cierto para
grandes estructuras; pero no para estructuras
de tamaño reducido, ya que la variación del
vector tangencial a las superficies en ejecución
no debe ser abrupta, sino suave. Esta limitación
viene impuesta por la propia naturaleza de
cualquier estructura basada en cerchas
tridimensionales, donde las caras de sus “láminas”
exteriores están constituidas por retículas de
Guía técnica
Diseño y construcción de estructuras ligeras
mixtas de madera laminada y vidrio
Diseño y construcción de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
Figura 15. Ejemplo de estructura proyectada con el SEPA, iluminada de noche. Está basada en la cercha tridimensional cerrada, en forma de objeto derivado de una esfera
que contiene un volumen cerrado y se convierte en elemento estructural y de cerramiento en un solo elemento.
Figura 16. Otra vista de la anterior estructura, también iluminada de noche.
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Figura 17. Otro ejemplo de estructura proyectada con el SEPA. Está basada en la cercha tridimensional cerrada, en forma de objeto derivado de un tubo, que contiene un
volumen cerrado salvo en dos extremos y que se convierte en elemento estructural de cerramiento en un solo elemento.
polígonos (en el caso del prototipo desarrollado,
triángulos).
Si el incremento de la pendiente es suave,
también lo será la curva; si es pronunciado, la
curva aparecerá muy facetada. Para evitar el
facetado excesivo, habría que subdividir tanto
los polígonos que se afectaría a la regularidad
de los tetraedros de la cercha, y aparecerían
problemas de geometría de despiece y montaje.
Por ello, el SEPA tiene unos entornos limitantes
que hacen que, si en un área concreta el cambio
de curvatura supera una cuantía, el programa
de diseño salte a la nueva pendiente con un
cambio de pendiente abrupto en el cual los
vértices son perfectamente apreciables. Esto no
representa, bajo ningún concepto, un problema
estructural, sino una cuestión estética que debe
considerarse.
Las múltiples posibilidades de aplicación del
SEPA son asombrosas. Dado su objetivo, está
dirigido especialmente a convertirse en un
sistema estructural ligero de grandes luces
idóneo para la construcción de cubiertas de
gran tamaño. Considerando el excelente
comportamiento de la madera ante las
dilataciones térmicas, pueden crearse estructuras
de cubierta continuas de cualquier tamaño. El
SEPA tiene una capacidad extraordinaria de
garantizar la ejecución de cualquier forma
deseada, por arbitraria o complicada que resulte,
de forma rápida, sencilla y económica.
14
Además de la posibilidad de formar un elemento
más o menos horizontal, como una cubierta, el
sistema es capaz de generar estructuras cerradas.
Puede adquirir la forma deseada, bien sea ésta
un tubo cerrado, una esfera o cualquier geometría
biomimética similar a la de orgánulos, o bien
formas aerodinámicas cualesquiera. Así, pueden
crearse elementos arquitectónicos en los que
el SEPA cumple, en una sola pieza estructural,
todas las exigencias estructurales de un edificio:
cubierta, cerramientos y transmisión integral de
cargas hasta el suelo. En este tipo de
configuración, pueden desarrollarse
perfectamente modernos puentes cubiertos en
forma tubular; edificios cerrados contenidos en
una sola pieza; y edificios o áreas a preservar
contenidos en una superestructura de
protección, sin que sea preciso modificarlos o
alterarlos.
Las mayores expectativas para el SEPA se sitúan,
sin embargo, en la protección urbana. Por
ejemplo, pueden utilizarse las estructuras de ese
sistema para cubrir áreas urbanas inhabitables
por culpa del efecto de isla térmica urbana. Éste
es un grave problema causado por la urbanización
moderna en la que toda la superficie urbana
está constituida por materiales como el hormigón
y el asfalto, de gran absorción térmica durante
el día y de elevada inercia térmica, lo cual evita
el enfriamiento nocturno de la ciudad.
La exposición de la ciudad al sol en los países
cálidos hace que ésta sea inhabitable durante
largos periodos de tiempo. Este efecto aumentará
con el tiempo por el incipiente calentamiento
global. Aplicando el SEPA de forma inteligente,
pueden recuperarse espacios urbanos
abandonados por la población a causa de su
crudeza térmica y puede generarse un urbanismo
nuevo para las ciudades de estos países. El SEPA
puede contribuir eficazmente a crear el oasis
térmico urbano, una zona de encuentro y disfrute
social, devolviendo así los espacios urbanos a
sus verdaderos propietarios: los ciudadanos.
Imágenes y fotografías representativas del trabajo
realizado durante el proyecto de I+D
Notas
Proyecto financiado por: