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Construcciones arquitectónicas modernas en madera

Jacobo, Guillermo José

Instituto de Investigaciones Tecnológicas para el Diseño Ambiental del Hábitat Humano - ITDAHu-FAU-UNNE Avenida Las Heras Nº 727 - (3500) Resistencia - República Argentina - E-Mail: gjjacobo@arq.unne.edu.ar

ANTECEDENTES El aspecto futurista y moderno de la construcción lleva a la madera como su principal material de construcción. Bajo el concepto “construcciones modernas” se pueden encontrar diferentes clasificaciones, pero el aspecto tecnológico-constructivo es importante en cuanto al material a utilizar, como es el producto renovable del bosque: “la madera” presentado comercialmente en diferentes maneras (laminada, compensada, tableros, etc.), todos estos productos tienen sus orígenes en el año 1930, cuando el diseñador italiano Carlo Mollino presenta su primera mesa de madera laminada y se empieza a hablar de la “construcción industrializada en la arquitectura moderna”, situación que tuvo su auge en Norteamérica, de tal manera que los carpinteros de obra no daban abasto para satisfacer la demanda constructiva que se genero con la política denominada “New Deal” para salir de la depresión económica de 1930. El diseño industrial se adapto a la nueva situación constructiva de manera con la adaptación del proceso de producción a métodos más sencillos para reducir los tiempos de ejecución de obra con sistemas de montaje que no necesiten largas tareas de los carpinteros, de esta manera se redujo también el costo final de la obra. Así se repitió el fenómeno constructivo del siglo XIX, con las construcciones tipo “Balloon Framing”, cuando con la aparición del “clavo metálico” en el mercado comercial se permitió la autoconstrucción en seco de las viviendas de madera, denominándolo así como el “nuevo método constructivo que permitió el desarrollo urbano de costa a costa del continente norteamericano”. El “Balloon Framing” es utilizado hasta ahora pero con diferentes aspectos tecnológicos mejorados. A fines de la década de 1960 e inicios de 1970 se desarrollo en Vermont, USA, toda una tendencia estilística dentro del campo de la construcción, cuando jóvenes arquitectos innovaron tecnológicamente con la construcción de viviendas unifamiliares de bajo costo pero de alto valor estético-morfológico con soluciones tecnológicas sencillas y de fácil mantenimiento. Estos conceptos fueron utilizados por el entonces joven arquitecto Frank Gery, quien popularizo internacionalmente un sistema constructivo derivado del “Balloon Framing” denominado “Platform Construction”, popular en Escandinavia, donde se construye con columnas intermedias separadas cada 70 cm aproximadamente hasta la altura no mayor de 3 mts, totalmente diferente al “Balloon Framing”, que se construyen con las columnas en la altura total del edificio. El sistema “Platform Construction” permite realizar obras de hasta cinco niveles de altura. Las principales ventajas encontradas tanto en Escandinavia como en Norteamérica es la calidez constructiva de la madera en cuanto a su superficie que permite una solución espacial en los espacios interiores muy cálida y acogedora. Estas bondades no son todavía muy acogidas en otros países, en parte a la cultura y en parte a las diferentes situaciones climáticas. Sin embargo existe una tendencia mundial de construcción con madera según el “sistema de esqueleto” recubiertos con el material que más guste al usuario. De todas maneras, se ha verificado que las construcciones de madera alcanzan valores constructivos de buena calidad, por medio de un buen diseño tecnológico-arquitectónico, con bajos costos y cortos tiempo de ejecución, que lo hace aplicable en soluciones adecuadas dentro del campo de los problemas sociales.

MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo se desarrolla partiendo de la información brindada por la bibliografía consultada (ver bibliografía). Se estudiaron casos concretos relacionados a la temática, evaluando los resultados obtenidos en diferentes experiencias con el objetivo de formular recomendaciones. Se utilizan los recursos que se crean apropiados para la comprensión de la temática específica, para que sea una herramienta de consulta accesible por parte de cualquier interesado.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS La construcción con madera es flexible, económica y ecológica, si se respetan las normas técnicas y del buen arte de construir, situación que no se verifica particularmente en Argentina, lo que hace que la arquitectura desarrollada con madera no se considerada en la categoría de “construcción de material”, según la definición popular de “habitable”. La construcción en madera puede ser más económica y de mejor calidad constructiva según el sistema utilizado para su implementación, esto lo demuestra el uso masivo en Norteamérica (Canadá y USA) desde hace 150 años, donde entre el 90 al 95% de las construcciones de viviendas son de madera. El material madera es uno de los más antiguos (Ver Comunicación-UNNE-2004-Jacobo), con un rol importante en la concreción de hábitats humanos. Los aspectos comparativos más ventajosos que brinda el material “madera” son la calidez de los espacios interiores, la flexibilidad funcional al cambio, el aspecto económico, el aspecto ecológico, entre los más importantes. Hay también un aspecto muy importante, el estético-morfológico, pues no existe límite para la madera, tal como lo demuestra la historia de la arquitectura, pues los diferentes estilos y periodos arquitectónicos están impregnados con el uso de la madera en la construcción. Con la popularización de nuevas tendencias ideológicas dentro del campo del diseño arquitectónico al inicio del siglo XX fue llevado el material de construcción “madera” a un rol pasivo y secundario. En la década del 60’ y en particular a mediados de la década del 70’ del siglo XX se retoma la tendencia del uso de la madera de manera masiva en la construcción, en especial debido a la primera crisis energética de 1973-74 y luego la segunda de 1980-81. La gran ventaja de las construcciones en madera es el corto tiempo de ejecución, pues los elementos constructivos son montados en seco e inmediatamente pueden entrar en servicio. Además, el bajo peso relativo de los elementos constructivos posibilita el fácil manipuleo de los mismos sin necesidad de equipos especiales y costosos de montaje y transporte. Los elementos constructivos pueden ser fabricados “In-Situ” o en una factoría, lo que posibilita su

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SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN MADERA PARA EDIFICACIONES

ARQUITECTÓNICAS Fuente: CELANO & JACOBO, 2003.

producción en serie y con la calidad constructiva garantizada. La “madera” como material de construcción posee un amplio espectro de bondades técnicas que otros materiales de construcción lo tienen de manera parcial, como ser: capacidad estructural, capacidad de aislación hidrotérmica-acústica-ignífuga, capacidad estética, sencilla trabajabilidad, precio comparativo adecuado, sencillo montaje y desmontaje, multiplicidad de usos y funciones de habitabilidad, utilizable bajo cualquier situación climática, largo tiempo de vida bajo condiciones de diseño, uso y mantenimiento adecuados. Para la edificación arquitectónica con madera existen diferentes sistemas constructivos o conformaciones estructurales-constructivas, las cuales son de aplicación directa en diferentes temáticas arquitectónicas. En el siguiente gráfico se observa una suerte de clasificación de los mismos:

1. TABIQUE LLENO O MACIZO 2. ENTRAMADO LIGERO O ESQUELETO 3. PANELES O PLACAS

2.1. PANELES PORTANTES 2.2. SISTEMA DE VIGA Y PILAR

Americano Plataforma Ballon Frame Viga Sobre Pilar Viga Sobre Pilar Viga Contra Pilar Viga Doble Pilar Doble

Los diferentes sistemas constructivos en madera se diferencias según principios constructivos, según su forma de elaboración en fábrica o en obra, y según su imagen estética final. Estos sistemas constructivos tienen sus orígenes en los sistemas antiguos de “entramados estructurales” (Fachwerkbauweise) y de “construcciones macizas” (Blockwerkbauweise), (ver Comunicación-UNNE-2004-Jacobo), pero en la práctica profesional se verifican construcciones mixtas según las circunstancias de cada diseño. Las características de cada sistema son las siguientes: 1. LLENO o MACIZO: comprende el uso de cortes macizos de los fustes superpuestos para conformar paredes, techos y entrepisos. Alto consumo de madera pero con alta capacidad de cargas y de buena capacidad de aislación hidrotérmica-acústica. Una manera de reducir el consumo de madera es utilizar elementos macizos laminados.

2. ENTRAMADO LIGERO o ESQUELETO: El sistema antiguo del “entramado estructural” evoluciono en el sistemas de “Entramado Ligero” o de “Esqueleto”, cuyo principio constructivo es similar al sistema trilitito (viga-columna) metálico o de hormigón armado, dispuestos según una grilla estructural-constructiva, siguiendo también un orden jerárquico de vigas, tirantes, tirantillos, entablonado, etc., de manera que los elementos estructurales se diferencian de los elementos constructivos de cerramiento, pudiéndose utilizar diferentes materias primas de madera, desde el macizo aserrado hasta los prefabricados de fibras de madera (ver Comunicación-UNNE-2004-Celano & Jacobo). Estos sistemas constructivos se caracterizan por: cortos tiempo de ejecución en obra, uso de un reducido número de secciones de madera, flexibilidad de organización estructural según las exigencias del diseño arquitectónico, posibilidad de autoconstrucción, diferentes posibilidades de organización volumétrica y de terminación de fachadas.

3. PANELES o PLACAS: la transmisión de cargas se realiza por medio de todo el panel o placa estructural, que está compuesta por un marco perimetral con columnas intermedias según una trama de 62,50 cm y no más de 70 cm de separación. Las placas superficiales de cerramiento lateral del marco perimetral colabora en la rigidización lateral de los paneles. La principal ventaja de este sistema es que se puede producir en serie con dimensiones estandarizadas según métodos industriales. El espacio interior puede ser rellenado con elementos aislantes, también de madera. La protección externa ante las inclemencias climáticas se puede realizar con cualquier material de construcción (ver Comunicación-UNNE-2004-Jacobo). El uso de fachadas ventiladas (con cámara de aire detrás de la fachada) es muy recomendable para climas cálidos-húmedos. Estos sistemas constructivos se caracterizan por: amplio campo de aplicación o temáticas arquitectónicas, flexibilidad de adaptación a diferentes diseños arquitectónicos y de formas, posibilidad de ejecución en etapas según circunstancias económicas y de ampliaciones o modificaciones. Dentro de este sistema se pueden distinguir los de grandes dimensiones y los de dimensiones normales. Una variante de los sistemas de paneles es el de células tridimensionales, las cuales se producen integralmente en una factoría, con un grado de terminación de hasta un 95% y luego se los monta en obra, no pudiendo el usuario aportar su propia mano de obra.

Una evaluación objetiva de las construcciones arquitectónicas de madera debe comprender las siguientes exigencias: 1. Economía: la elección del material de construcción, de la técnica constructiva y de la ejecución de la obra influyen el costo de la obra, pero el valor del mismo no puede ser solamente el criterio de elección, pues la valorización económica debe contemplar la utilización integral del objeto arquitectónico dentro del plazo de vida útil definido. Para esto se deben considerar los siguientes aspectos: costos de producción según método constructivo, relación superficie útil/volumen total, prefabricación o ejecución en obra, etc. Especialmente importante para el análisis económico es el grado de elaboración del diseño arquitectónico-tecnológico, que comprende los siguientes aspectos: elección del sistema constructivo-estructural según el proyecto, elección de las secciones estructurales según criterios económicos, utilización de secciones constructivas normalizadas comercialemente, incorporación de un alto grado de prefabricación de los principales componentes constructivos (cerramientos verticales perimetrales, horizontales, entrepisos, escaleras y

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núcleos húmedos), ajuste de un corto tiempo de ejecución, sistematización de las instalaciones técnicas integradas por medio de corta ejecución de obra (los sistemas en esqueleto son los más adecuados, pues las instalaciones se ejecutan simultaneamente, antes de cerrar las superficies laterales), elección de la cantidad de niveles óptimos (máximo 4 niveles), elección entre construcciones en serie de 20 a 25 unidades habitacionales como mínimo, agrupación horizontal de 6 a 8 viviendas como mínimo. El tiempo de ejecución depende del grado de industrialización y prefabricación y del sistema constructivo elegido, como por ejemplo:

TIEMPO DE EJECUCIÓN ÓPTIMO EN DÍAS (Casos analizados sin terminación y con un grado de prefabricación de un 60%) Tipo de vivienda PANELES ESQUELETO CÉLULA TRIDIMENSIONAL Vivienda unifamiliar aislada 15 – 19 18 – 21 6 - 8 Una unidad habitacional de viviendas agrupadas 11 - 15 14 – 17 5 - 7 Conjunto de 6 a 8 unidades 8 -12 cada unidad 10 – 13 cada unidad 4 - 5 cada unidad

2. Protección higrotérmica y calidad de habitabilidad interior: es necesaria debido a factores de higiene, de confort de uso, y también, por cuestiones ecológicas, para reducir el consumo energético por medio de una buena solución técnica y de elección del material. En el caso de la madera, se verifica una integración de factores beneficiosos para este punto. La transmitancia térmica (K) es el indicador adecuado para valorizar este punto. Un ejemplo al respecto es el analisis comparativo entre los valores que pueden alcanzar la construcción realizadas en fábricas industriales y las ejecutadas en obra con respecto a la norma vigente, en este caso la NESA de Febrero de 2001 en Alemania:

ELEMENTO CONSTRUCTIVO NESA-2001 IN SITU PRODUCCION INSDUSTRIAL Cubiertas inclinadas < 0,15 0,20 0,12 Cubiertas planas < 0,15 0,20 0,12 Muros perimetrales < 0,25 0,25 0,12

Una manera de valorizacion ecológica integral es por medio del balance térmico anual del consumo energético según la unidad de superficie construida, alcanzando las construcciones en madera valores no superiores a 30 kWh/m2año. Como ejemplo se citan los valores de consumo energético según la norma vigente en Alemania:

NORMA AÑO CONSUMO ENERGÉTICO en kWh/m2año Antes de 1977 210 - 260 WSVO 1977 150 - 225 WSVO 1994 120 - 180 WSVO 1995 54 - 100 ESVO 1999 37 - 67 NESA 20011 7 - 20

La capacidad de duración de los elementos constructivos de madera depende del grado de humedad, la que influencia en gran medida el tiempo de exposición de la misma sobre la madera y el nivel de humedad. Por tal motivo la envolvente externa debe tener la capacidad de soportar hasta 4 semanas contínuas de inclemencias climáticas con altos valores de humedad. De igual manera el factor de impermeabilidad al viento influye notablemente en la calidad de vida interior, pues a mayor impermeabilidad menor consumo energético, mejor aislación acústica y así se evitan daños a la construcción debido a la infiltración del agua líquida. Normalmente se indica que la construccion con gran capacidad de masa de almacenamiento es la adecuada para reducir el consumo energético, esto no es totalmente correcto para edificaciones con buena aislación térmica, como en el caso de las construcciones en madera, si están tecnológicamente bien diseñadas proporcionan buena protección térmica .Sin embargo, el problema de la capacidad de almacenamiento de energía se presenta en zonas climáticas con amplitudes térmicas importantes en los períodos críticos de verano o de invierno, por ejemplo, durante el día temperatura del aire superior a los 30º C y durante la noche menores a 20º C, cuando se hace necesario que la energía acumulada durante el día debido a la radiación solar se vuelca a los espacios interiores,situación que no es necesaria en el NEA, pero que con la construcción tradicional del mampuesto se realiza, por lo que el usuario recibe energía calórica almacenada en la masa muraria durante las horas nocturnas del periodo estival, y así no se enfrian los espacios interiores produciendose así un disconfort en las horas de descanso, debido a esto se instalan equipos de acondicionamiento de aire produciendose así un gran consumo energético en la edificación. La edificación en madera provee excelente aislación térmica perimetral siempre y cuando se disponga una solución técnológica adecuada, la cual tiene el principio en la construcción en madera de disponer diferentes funciones para cada elemento, cerramiento interior-exterior, estructura principal-secundaria, soporte de terminaciones, aislaciones, cámaras de aire (ventilada o no), de manera de concretar una barrera térmica perimetral contra las altas temperaturas diurnas y luego durante el horario nocturno eliminar la poca energía solar acumulada. 3. Protección ignífuga: La edificiación arquitectónica con madera tiene un alto riesgo de incendio. Aunque la madera es un material combistible, este se comporta mejor en un incendio, cuando se sobredimensionan los elementos estructurales, pues se desarrolla una capa de carbón perimetral (con un valor bajo de coeficiente de conductividad térmica, el de la madera es 16 veces menor que el del hormigón y 460 veces menor que el del metal) que proteje toda la sección interior del elemento estructural, conformando así un protección natural que permite que la estructura continue en servicio. Otra ventaja es que la madera tiene una muy baja capacidad de dilatación, por lo que el calor no afecta generando tensiones internas de la estructura debido a dilataciones térmicas. El factor de seguridad básico es el de incluir las normas y directivas antiincendio en el diseño por medio de las consultas a las autoridades respectivas (bombero, policia, etc.). A nivel internacional no se admiten edificaciones en madera con alturas superiores a los tres niveles. El período más importante durante un incendio son los primeros 15 a 20 minutos, cuando se debe evacuar el edificio y evitar que el incendio se propage a toda la edificación. Se a verificado experimentalmente que los elementos constructivos en madera alcanzan una resistencia de hasta 90 minutos en servicio, por lo tanto el edificio debe tener los accesos y circulaciones comunitarias con protecciones laterales adecuadas para dicho tiempo. 4. Protección acústica: Una adecuada protección acústica es necesaria para el confor y la salud de los usuarios. La creencia popular de que la aislación acústica solo se alcanza con mucha masa constructiva ha llevado a desechar a la

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madera como adecuado material aislante, cuando las construcciones en paneles de madera poseen una buena capacidad de aislación si se le han incorporado correctamente los conceptos básicos sobre dicho tema:

FACTORES DE DISEÑO DISPOSICIONES TÉCNICAS Placas y tableros laterales Espesor mínimo de cada placa o tablero de 20 mm; Doble placa o tablero por cara; Las placas transportan cargas.

Unión entre las caras laterales Gran separación entre las columnas intermedias interiores y las vigas interiores del panel; Gran separación interior entre las capas laterales; Fijación de las placas y tableros laterales sobre tirantes o largeros interiores, o sobre fajas o bandas de aislamientos o sobre elementos elásticos; Columnas internas dobles.

Cámara de aire interior Llenado completo con fibras aislantes.

La aislación acústica de elementos constructivos livianos multicapas, como son las construcciones en madera, no depende de la masa de la misma, sino de las disposiciones de sus componentes. EN el siguiente cuado se observa:

TIPO DE CONSTRUCCIÓN TIPO BUENA AISLACIÓN TÉRMICA REALIZABLE POR MEDIO DE: Masiva Monocapa Alta superificie con masa En madera Multicapa Paneles huecos con cámara; Cada cara se encuentra desacoplada entre sí; Ejecución detalla de las

uniones para evitar filtraciones y puentes acústicos.

5. Ecología: La concresión de la edificación arquitectónica utiliza materiales de construcción que a su vez consumen materias primas y energía para producirlos, por tal motivo una posición ecológica de la construcción sería utilizar materias primas producidas naturalmente sin consumo de energías de combustibles fósiles. Estos materiales naturales deben posibilitar también un bajo consumo energético durante su uso en la edificación y ser reutilizables o reciclables para otros usos. Estas características básicas las reunen los elementos constructivos de madera. El objeto ecológico de las construcciones debe ser:

PROTECCIÓN DE LOS RECURSOS NATURALES Consumo mínimo de materias primas: utilización de materias primas renovables, aseguramiento de la regenración, uso de materiales reciclables, largo tiempo de vida útil de la edificación. Bajo consumo energético: en los procesos de producción, comercialización, transporte, en obra y uso de la edificación. Uso mínimo de combistibles fósiles. Produccion de energía en la edificiación por medio de disposiciones técnicas y arquitectónicas. Procesos de ejecución de obra: Evitar producir grandes cantidades de residuos, eliminación ecológica de los residuos, reutilización de los residuos.

Un buen producto es sobre todo functional y amigo del medio ambiente, port al motivo se deben utilizar materiales de construcción que beneficien al medio ambiente con regeneración de materia prima, larga vida y fácil uso y mantenimiento y reciclabilidad. En tal caso la madera es el material de construcción adecuado, pues para su producción se consume la siguiente cantidad de energía en comparación con otros materiales de construcción:

USO DE 1.000 KW DE ENERGÍA PARA LA PRODUCCIÓN DE LA SIGUIENTE CANTIDAD DE MATERIALES 12 kg Aluminio 60 kg Acero 400 kg Cemento 500 kg Ladrillo común cerámico

1.200 kg Madera laminada

Si se respetaran las normas sobre aislación térmica en la edificación se podrían obtener buenos comportamientos energéticos durante la vida útil del edificio, como por ejemplo para un K = 0,3 W/m2K en una construcción de 140 m2 de muros de mampostería se eleva el consumo de combustible fósil a 3.5000 lts, en cambio para una de madera es de 650 lts. Además, el factor comercialización es importante desde el punto de vista ecológico, pues el material debe ser regional para rminimizar el consumo energético durante el transporte. Otro factor ecológico es la salud de los usuarios, pues el material no debe causar enfermedades y molestias a los usuarios de los espacios interiores por medío de emanaciones, polvo, radiaciones, campos magnéticos, etc.

CONCLUSIONES La poca utilización de las construcciones de madera se debe al supuesto popular que la misma no tiene el mismo tiempo de vida útil (50 años promedio) que las “construcciones de material”, sin embargo no se tiene en cuenta la cantidad de ejemplos constructivos de más de 100 años todavia en servicio en muchas partes del planeta, como en los países escandinavos o en Norteamérica. El tiempo de vida útil de la edificiación depende de la forma de su uso y de la intensidad del clima del sitio, esto es válido para todos los materiales de construcción.En el caso de la madera, su tiempo de vida útil depende también de su protección, la cual se realiza con disposiciones técnicas-constructivas y/o con productos químicos. Lo ideal es evitar esta última solución, pues es a la larga daniño al medio ambiente y al hombre.

BIBLIOGRAFÍA JACOBO, Guillermo J. & CELANO, Jorge A (2000), Hábitat en Crisis, ITDAHu-FAU-UNNE, Resistencia, Argentina. JACOBO, Guillermo J. & VEDOYA, Daniel E. (2001), El confort en los espacios arquitectónicos de la Región NEA, Ediciones Moglia SRL, ISBN N° 987-43-4155-6, Corrientes, Argentina. JACOBO, Guillermo J. & CELANO, Jorge A (2002), El Hábitat Humano en el NEA Una perspectiva de solución desde la óptica tecnológica: Uso de la madera en sistemas constructivos, Ediciones Moglia SRL, ISBN N° 987-43-4556-X, Corrientes, Argentina. JACOBO, Guillermo J. & ALÍAS, Herminia M. (2002), Construcciones en Madera mediante técnicas industrializadas en el NEA. Patologías constructivas, publicación digital con referato de la FAU-UNNE “Área Digital” Año I, Nº 3, Junio 2002, ISSN 1666-4191 (http://arq.unne.edu.ar/areadigital/). JACOBO, Guillermo J. & ALÍAS, Herminia M. (2002), Construcción con Uso de Técnicas Industrializadas en la Región Nordeste, publicación “Todo Madera”, Año III, Nº 18, Agosto 2002, DF-Ediciones, Buenos Aires, Argentina. JACOBO, Guillermo J. & ALÍAS, Herminia M. (2003), La madera como un elemento constructivo, publicación “Todo Madera”, Año III, Nº 22, Mayo 2003, DF-Ediciones, Buenos Aires, Argentina. JACOBO, Guillermo & VEDOYA, Daniel (2003), Hábitat humano, medio ambiente y energía. Análisis de consumo energético con valoración ecológico–toxicológica de rubros constructivos para obras de arquitectura en el Nordeste de Argentina, Ediciones Moglia SRL, ISBN Nº 987-43-6784-9, Corrientes, Argentina. JACOBO, Guillermo J. & ALÍAS, Herminia M. (2004), Situación higrotérmica, energética y ambiental de la construcción arquitectónica en la Región Nordeste de Argentina, MOGLIA Ediciones SRL, ISBN Nº 987-43-7744-5, Corrientes, Argentina.