Guía técnica de estructuras ligeras mixtas de vidrio y madera

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Extracto de una guía técnica de estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio. Sus autores son Miguel Ángel Abián, Manuel García Barbero y Kiyanshid Hedjri
Estas estructuras son idóneas para la arquitectura paramétrica y para la arquitectura orgánica, pues permiten construir edificios que con otros materiales (hormigón, acero) serían inviables técnica o económicamente.

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Guía técnica de estructuras ligeras mixtas de vidrio y madera

  1. 1. Diseño y construcción deGuía técnica estructuras ligeras mixtas de madera laminada y vidrio
  2. 2. Guía técnica sobre diseño y construcción de estructurasligeras mixtas de madera laminada y vidrioProyecto de Investigación y Desarrollo“Desarrollo de sistemas constructivos mixtos demadera laminada y vidrio para estructurasligeras de cubierta”.Nº de expediente: IMDEEA/2011/20Entidades financiadorasProyecto financiada por el Instituto de laMediana y Pequeña Industria Valenciana(IMPIVA) y cofinanciado por fondos FEDER (FondoEuropeo de Desarrollo Regional) de la UniónEuropea.AutoresMiguel Ángel Abián PérezManuel García BarberoKiyanshid HedjriRealización técnicaRicardo Sáiz MauleónEditado porAIDIMAInstituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y AfinesCalle Benjamín Franklin, 13. Parque Tecnológico.46980 Paterna. (Valencia)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.
  3. 3. Por sus buenas prestaciones mecánicas y a las empresas valencianas a ese sector, con A lo largo de la historia, la Comunidadsu baja densidad, la madera se ha utilizado el fin de mejorar sus oportunidades de Valenciana ha sabido extraer lo máximo dedesde hace miles de años para construir reciclaje en nuevos campos industriales y la madera en la construcción, comoestructuras. Sin embargo, desde la de internacionalización. El objetivo demuestra la existencia desde el siglo XIIIindustrialización, la madera aserrada ha ido fundamental de AIDIMA desde su creación de uno los gremios de carpinteros másperdiendo terreno como material es la transferencia a las empresas valencianas antiguos de Europa. Con enfoques comoconstructivo conforme ha aumentado el uso de conocimientos y tecnologías derivados los que propone la guía, la industriade materiales tecnológicos como el acero de proyectos de I+D, para que éstas mejoren valenciana de la madera en construccióny el aluminio. Debido al gran desarrollo su competitividad, desarrollen productos y puede revivir mediante la I+D+i y la calidad.científico-técnico actual de la madera como procesos innovadores y de alto valor A partir de sistemas muy tecnificados ymaterial de ingeniería y arquitectura, se está añadido, accedan a nuevos nichos de prefabricados, como los expuestos en laempezando a producir un cambio conceptual mercado e internacionalicen sus actividades. guía, puede conseguir tanto una potentede su uso y muchos ingenieros y arquitectos proyección en todos los mercados del área Esta guía técnica constituye una iniciativaestán descubriendo que ésta supera en mediterránea como un aumento y destinada a difundir las novedosas y enormesprestaciones técnicas a muchos materiales optimización del uso en construcción de posibilidades que la madera ofrece paracomúnmente utilizados ahora (hormigón, este material sostenible y técnicamente estructuras orgánicas y paramétricas, queacero, plásticos). Este desarrollo técnico avanzado. no serían técnica o económicamente viablesrequiere aún mucha investigación para con otros materiales. La guía representa, Miguel Ángel Abián, responsable del Dpto.aprovechar al máximo las prestaciones de por tanto, una documentación única que de Tecnología y Biotecnología de la Maderaeste material, sobre todo cuando está en puede servir de orientación de futuro para de AIDIMA, ha sido el coordinador y directorconjunción con otros materiales. arquitectos, ingenieros, empresas técnico del proyecto de I+D durante sus Además de las excelentes prestaciones constructoras, empresas montadoras y para tres años de duración. En este tiempo hafísico-mecánicas de la madera, también muchos técnicos especialistas que realizan contado con la colaboración de un excelentepresenta múltiples ventajas su ejercicio profesional en torno al hábitat. equipo de trabajo, que se encuentra formadomedioambientales (materia prima renovable por especialistas de la arquitectura y del La guía se presenta con una estructuraderivada de una gestión forestal sostenible, sector de la madera. Sus resultados, junto clara y sencilla que permite al lector obtenerreciclabilidad y gestión integral de recursos, con los procesos y tratamientos una visión resumida y rápida de lafijación de CO2, baja contaminación en sus desarrollados en AIDIMA a partir de metodología para desarrollar prototiposprocesos de transformación, etc.) y estéticas investigaciones y ensayos sobre materiales virtuales de estructuras, con el sistema(gran diversidad de especies, sensación de y estructuras, han servido para la redacción universal estructural paramétricocalidez). de esta guía. desarrollado en el proyecto. En aras de En un entorno de crisis económica, para conseguir un texto útil para los muchosmuchas empresas del sector valenciano de subsectores a los que va destinada la guía, Para visializar con más detalle el desarrollola madera en todos sus subsectores resulta se ha optado por la brevedad y por un del proyecto pueden visializar el videoimprescindible renovar las estrategias vocabulario no excesivamente técnico. alojado en Youtube titulado “Sistemasempresariales e industriales. Hay que constructivos y estructurales mixtos de madera En la guía se plasma un ejemplo dereinventarse haciendo uso de la innovación, laminada encolada AIDIMA”, con la dirección: vanguardia en I+D en construcción conque como Jano tiene dos caras: una mira http://www.youtube.com/watch?v madera y se presentan algunos enfoqueshacia el pasado (puertas, ventanas, =PkoPWFsO994 que dominarán en el futuro la arquitectura.revestimientos) y otra hacia el futuro Esta disciplina se encuentra ahora(madera modificada, arquitectura orgánica). explorando formas innovadoras yHasta ahora, las empresas valencianas de la revolucionarias de afrontar problemasmadera no han potenciado suficientemente técnico-arquitectónicos que difícilmenteel sector del uso estructural de este material, pueden resolverse con sistemaspese a contar con una tradición histórica constructivos convencionales, en un entornode excelencia en ello. de incremento exponencial en las exigencias Con proyectos de I+D como el que ha de prestaciones a los edificios. Estedado lugar a esta guía técnica y con las documento constituye, por tanto, una fuenteactividades de difusión que AIDIMA de información para las empresas ydesarrolla continuamente en el ámbito de profesionales interesados en losla construcción de madera, se busca atraer mencionados enfoques.
  4. 4. Los autoresMiguel Ángel Abián Pérez Manuel García Barbero Kiyanshid HedjriLicenciado con grado en Ciencias Físicas Arquitecto ArquitectoObtuvo la suficiencia investigadora en el Dpto. Cursó estudios de arquitectura en ETSA- Estudió arquitectura en la Universidad Técnicade Física Aplicada de la Universidad de Valencia Sevilla, RWTH-Aachen, TU-Berlín y TU-Graz. de Viena con una especial atención alcon una tesina sobre electromagnetismo. Está especializado en arquitectura bioclimática urbanismo y al uso del parametricismo,Realizó varios cursos de doctorado por la TU-Graz y desarrolla una actividad basándose en las teorías de la arquitecturarelacionados con electromagnetismo, profesional muy centrada en la construcción crecida y no planeada y en su comparaciónelectrónica, semiconductores y cristales con madera y la eficiencia energética de la con la naturaleza.Trabajó durante los estudiosfotónicos. Ha recibido becas del IMPIVA y de edificación. Ha cursado estudios de máster como tutor en el instituto de viviendas de lala Universidad Politécnica de Valencia. Es Máster orientados a la construcción con madera en Facultad de Arquitectura. También cursóestadounidense en UML y Java. la Universidad austriaca de Linz y el máster estudios en Barcelona y Múnich sobre losSe incorporó en 1998 a AIDIMA, donde ha de ingeniería de la madera de la Universidad temas de “Pasivhaus” y de programasparticipado como investigador en 23 proyectos de Santiago de Compostela. informáticos para la construcción con madera.de investigación nacionales e internacionales Ha colaborado en diferentes estudios de Ha colaborado después de la carrera en variosrelacionados con madera en construcción,biosensórica, bioelectrónica, arquitectura en Berlín, Graz, Viena, Murcia y estudios de arquitectura en Viena y Barcelona,telecomunicaciones, visión artificial y web Almería. También ha desarrollado proyectos donde ganó como colaborador variossemántica; así como en la Red de Excelencia que abarcan la rehabilitación de estructuras concursos arquitectónicos de importancia.de la Comisión Europea INTEROP 2003- de madera en edificios religiosos y civiles, la Desde 2007 ejerce como arquitecto2007. El año 2006 estuvo cuatro meses como construcción en nueva planta con un sistema autónomo enfocado en la arquitecturainvestigador invitado en el departamento constructivo energéticamente muy eficaz en bioclimática y paramétrica. El punto centralLehrstuhl für Messsystem und Sensortechnik entramado ligero de madera y la recuperación de su labor profesional es la combinación dede la Universidad Politécnica de Munich (TUM), de un edificio del siglo XVIII utilizando sistemas la arquitectura bioclimática con nuevasdonde colaboró en el desarrollo de nuevos prefabricados en contralaminado con destino tecnologías del diseño y tecnología informáticamétodos para la detección de defectos en hostelero para una certificación energética para la optimización del resultado. Colaborasuperficies acabadas y en el diseño e de clase A. con AIDIMA desde el año 2009 en proyectosimplementación de sistemas distribuidos de Desde el año 2006 viene desarrollando un de I+D relacionados con la búsqueda desensores para el sector del automóvil y de trabajo de colaboración muy estrecha con soluciones innovadoras para la construcciónenergías renovables. En 2007 recibió un premio AIDIMA en el desarrollo de nuevas industrializada y modularizada con maderaBANCAJA-UPV por un proyecto final de perspectivas técnicas para la aplicación de la mediante nuevas tecnologías.carrera relacionado con la calidad interna de madera en la construcción, mediante diferentesla madera. En 2009 recibió el premio proyectos de investigación, como el reflejadointernacional Schweighofer Innovation Prize en la presente guía. Desde el año 2005 es el-el premio más prestigioso en el sector forestal consultor técnico para Proholz Austria eny de la madera- por su aportación al desarrollo España y es responsable de la generación yde nuevas tecnologías de evaluación no publicación de diversos documentos técnicosdestructiva de la madera en construcción.Actualmente es Responsable del y divulgativos, del desarrollo de la versión enDepartamento de Tecnología y Biotecnología castellano de dataholz.com y de cltdesigner.at;de la Madera y del Área de Construcción de así como de la organización de seminariosMadera. Es coautor de 7 libros y guías técnicas técnicos por toda la península, de larelacionadas con el uso de la madera en la organización de los nuevos Impulsos Proholzconstrucción y la visión artificial. También ha y de la coordinación de otras actividades conpublicado varios artículos científicos en revistas socios de Proholz en España.como 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.
  5. 5. 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 15
  6. 6. Diseño y construcción de estructurasDiseño y construcción de estructuras ligeras ligeras mixtas de madera laminada y vidriomixtas de madera laminada y vidrio 1. INTRODUCCIÓN que ofrece la naturaleza ha sido aprovechada diferente en el diseño, control y ejecución de la por el hombre desde el principio de su evolución. arquitectura e ingeniería. Este futuro pasa por Durante los años 2009, 2010 y 2011, AIDIMA Este material presenta una estructura totalmente la incorporación de la parametrización en los ha desarrollado el proyecto de I+D “Desarrollo optimizada en la que diferentes polímeros procesos de diseño industrial y arquitectónico, de sistemas constructivos mixtos de madera (celulosa, lignina) se complementan entre sí para así como por la incorporación de la laminada y vidrio para estructuras ligeras de formar una matriz de células y paredes celulares industrialización y la prefabricación más avanzadasGuía técnica cubierta”. Las tres anualidades del proyecto han que admiten una gran resistencia en relación para lograr una optimización y previsión fiable sido financiadas por el IMPIVA (Instituto de la con su baja densidad. Además, tiene una buena de los recursos. Mediana y Pequeña Industria Valenciana). El resistencia al fuego. proyecto ha sido cofinanciado por fondos FEDER La investigación en el aprovechamiento de (Fondo Europeo de Desarrollo Regional) de la La madera técnica es madera transformada para dimensiones pequeñas de material y la Unión Europea. conseguir dimensiones, formas y características prefabricación de elementos estructurales de que en muchos casos resultan imposibles de madera laminada encolada de coníferas 1.1. OBJETIVOSY RESULTADOS DEL PROYECTO conseguir con madera maciza o aserrada. constituyen una oportunidad de generar valor Este proyecto ha tenido como objetivo general Mediante la madera técnica, pueden superarse añadido para las empresas que trabajan la madera el desarrollo de una tecnología innovadora de las limitaciones de la madera aserrada para maciza, sobre todo para la empresa auxiliar del sistemas constructivos integrales mixtos de estructuras de grandes dimensiones y de mueble, que en la actualidad está perdiendo madera laminada encolada y vidrio laminado cualquier forma. competitividad por la crisis que afecta a este con chapa de madera para ser utilizados en Maderas técnicas como la madera laminada sector. estructuras ligeras de cubierta. encolada permiten construir estructuras de una La mencionada prefabricación constituye una Las conclusiones generales y específicas obtenidas manera estandarizada y con una gran ventaja muy buena alternativa al uso de madera aserrada, a lo largo de los tres años del proyecto se han en coste respecto a materiales como el hormigón lo cual puede permitir que el subsector recopilado con un enfoque apropiado para su o el acero, aparte de sus ventajas valenciano del aserrío reciba un nuevo impulso difusión en los sectores de interés medioambientales (reducción del consumo de innovación. Estas empresas se ubican sobre (principalmente, arquitectos, diseñadores, energético, reducción de las emisiones de CO2, todo en zonas de interior de la Comunidad empresas de madera, chapa y vidrio) y para el estímulo para la gestión forestal). La madera Valenciana; así que los resultados obtenidos público en general. A partir de dichas técnica es una inmejorable elección tanto para pueden contribuir al desarrollo industrial en conclusiones se ha preparado esta guía técnica la arquitectura orgánica -que simula formas zonas rurales, y por lo tanto en áreas geográficas para el diseño y construcción de estructuras naturales y promueve la armonía entre el hábitat con problemas socioeconómicos estructurales. ligeras mixtas de madera laminada y vidrio humano y el mundo natural- y la arquitectura laminado. paramétrica -cada vez más popular y reconocida, También el sector de la chapa de la madera, y que es posible por las nuevas tecnologías muy concentrado dentro de España en la El principal resultado del proyecto, en el que se informáticas de diseño automático-. Comunidad Valenciana, tiene muchas dificultades centra esta guía, es el Sistema Estructural por la caída de producción de muebles. El uso Paramétrico AIDIMA (SEPA) para sistemas La creación de una metodología completa de diseño, construcción y prefabricación de de chapa de madera como elemento intermedio constructivos mixtos, que constituye el resultado en laminados de vidrio abre una gran conceptual del análisis de tres campos: la técnica estructuras ligeras orgánicas hechas con madera laminada y vidrio laminado de chapa de madera oportunidad para dar un muy alto valor añadido estructural del momento, el diseño arquitectónico constituye una novedad absoluta con respecto a esta industria muy orientada al mobiliario, lo actual y las tendencias de éste en el futuro. al estado del conocimiento de la construcción cual permitiría diversificar en producto y en Considerando en detalle estas tendencias actuales en madera, tanto más relevante cuanto que en mercados, contribuyendo así a la mejora de la y sus posibles consecuencias futuras, se ha el proyecto se han involucrado arquitectos y competitividad de las empresas y a la creación desarrollado una aproximación ingeniero- empresas europeas de prestigio en el campo de puestos de trabajo, basados en la industrial compatible que se anticipe a la técnica de la construcción en madera. infraestructura industrial existente y en la y diseño actual, de manera que el sistema innovación derivada del proyecto. desarrollado pueda incluirse en algunas En el caso del vidrio, las posibilidades que ofrece tendencias arquitectónicas todavía incipientes, el uso de chapas de madera dentro del vidrio También la industria valenciana del vidrio puede pero que tendrán gran relevancia en las próximas resultan también muy innovadoras e interesantes. salir reforzada con los resultados de este proyecto décadas. En concreto, pueden lograrse efectos llamativos de I+D, al integrarse en un sector estratégico Los objetos, productos y estructuras que se mediante el uso de chapas tan finas que sean como la madera. La cooperación entre empresas diseñan y construyen dependen tanto de la casi translúcidas. Con ellas puede obtenerse un de la madera y del vidrio en el campo de la potencia de las herramientas de diseño como medio muy interesante de mitigación lumínica construcción resulta altamente innovadora en de la capacidad tecnológico-industrial existente en muros cortina y también un efecto de la Comunidad Valenciana. para su producción. La realidad virtual simulada, superficie retroiluminada, bien sea con luz natural Los resultados del proyecto pueden potenciar cada vez más potente y eficaz tanto en el de día o con luz artificial de noche. también en la Comunidad Valenciana tecnologías software como en el hardware, abre nuevas vías Existen infinidad de aplicaciones que justifican el innovadoras de construcción sostenible basada para plantear la resolución de problemas antes esfuerzo investigador dirigido hacia la obtención en madera, así como la eficacia energética en imposibles de abordar, con una seguridad técnica de sistemas constructivos en los que la madera las construcciones. Asimismo, son una vía para hasta ahora insospechada. y el vidrio trabajen conjuntamente.Vidrio y madera que las empresas valencianas aprendan nuevas El SEPA constituye una fusión de los avances en tienen características opuestas que, si consiguen técnicas para prefabricar y montar estructuras realidad virtual simulada con los desarrollos equilibrarse, aportan la posibilidad de lograr un de madera con forma orgánica, a fin de establecer tecnológicos de la madera como material balance interesante en el que estos materiales nuevas líneas de negocio y adelantarse a las avanzado, de manera que se ha obtenido un se compensen y complementen entre sí. necesidades de los arquitectos y de sus clientes. solo sistema versátil que permite nuevas formas 1.3. IMPACTO SECTORIAL Y de diseñar y construir. SOCIOECONÓMICO DEL PROYECTO 1.2. IMPACTO TÉCNICO DEL PROYECTO Con el SEPA, los sectores españoles de la madera, En el sistema SEPA tiene un papel crucial la el vidrio y la construcción se suman a la madera, que como principal material estructural imparable realidad de una tendencia de futuro 6

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