Fundamentos del diseño y la construcción con madera

Pablo Guindos

• Editorial: Ediciones UC
• Año: 2019
• ISBN del libro electrónico: 9789561424548
• Categoría: Tecnología e ingeniería
• Categoría: Ingeniería general

¿Por qué vivimos mayormente en construcciones de hormigón?, ¿es posible diseñar y construir edificios y otras obras afines con madera?, ¿pueden ser dichas construcciones sólidas, durables y seguras?

Las respuestas a estas preguntas han cambiado mucho en los últimos años; en la actualidad existen edificios de madera de 18 pisos de altura, lo que sorprende al público general pero especialmente a arquitectos, constructores e ingenieros.

¿De qué se trata esta nueva evolución de la madera y qué tipo de tecnologías se están empleando? Este texto conforma la primera parte de una trilogía de libros cuyo objetivo es presentar el estado del arte respecto de las últimas evoluciones de diseñar y construir con madera, incluyendo el diseño de edificios de mediana altura. Este primer volumen se dirige a arquitectos, constructores, industriales, diseñadores e ingenieros que quieren introducirse en la materia.

El libro trata todos los aspectos esenciales que se requieren para abordar con eficiencia la construcción moderna con madera. Se recorren todos los principios esenciales, desde el conocimiento del propio material, pasando por el diseño estructural, la construcción, industrialización, protección frente al fuego y durabilidad. Los dos volúmenes posteriores se focalizan en el diseño estructural con madera, especialmente en el diseño de edificios.

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN
CON MADERA

1.1 Breve reseña histórica

Prehistoria

La madera ha sido el primer material de construcción masivo1.1 empleado por el ser humano, y los primeros registros de su uso en la construcción datan de la época neolítica, año 9000 A.C., para abordar la construcción de cabañas en el borde entre Turquía e Irán. Inicialmente las construcciones se realizaban en forma circular u ovalada y posteriormente evolucionaron a formas cónicas, cilíndricas y rectangulares. Entre 6.500-6000 A.C. se construyeron las primeras edificaciones en dos alturas entre Anatolia y Chipre. En Grecia se establecieron las primeras construcciones con madera alrededor del año 4.000 A.C. El uso de la madera se extiende también entre las tribus nómadas de Norte América, África, Indonesia y Asia central, principalmente para la construcción de cabañas. Algunos de los estilos desarrollados por estas poblaciones tienen aún a día de hoy una influencia notable en las construcciones indígenas de Asia, África, Polinesia y Sudamérica.

Época Antigua

Las cubiertas de las tumbas reales de la primera dinastía egipcia (3.000 A.C.), fueron construidas con madera. A partir de este suceso se han reportado múltiples usos de la madera tanto en la cultura egipcia como en ciertas áreas de Líbano y Siria. En Japón la madera ha sido el principal material de construcción desde el período de
Jo¯ mon, extendiéndose desde 3500-300 A.C. En muchos casos, la duración de estas
construcciones ha sido reportada en más de 1.000 años. Los antiguos griegos también realizaron importantes obras con madera durante esta época, como por ejemplo el Bouleterión de la casa del consejo de Priene, o el pórtico de Philipus en Delos. Este fue también el caso de los romanos, que emplearon la madera en la construcción de los primeros templos y realizaron obras notables como por ejemplo el puente sobre el Rin, de 600 metros de longitud, construido para las legiones del César, o las basílicas de San Pedro y San Pablo en el exterior de las murallas de Roma. En China, la arquitectura tradicional ha tenido desde la época antigua una presencia muy importante de la madera. De hecho, este país es considerado como un lugar clave en el proceso de desarrollo constructivo, debido ello a la riqueza arquitectónica de los edificios gubernamentales de los cuales una gran mayoría lamentablemente, no han perdurado en el tiempo a causa de los cambios dinásticos.

Desarrollo de las primeras construcciones modernas

La madera fue el principal material de construcción en gran parte de Europa desde la edad media hasta el renacimiento, y fue precisamente en este lugar, en donde se desarrollaron gran parte de las soluciones constructivas que fueron decisivas para los sistemas constructivos modernos con madera. Se piensa que las civilizaciones vikingas adaptaron sus construcciones con madera en base a las invasiones realizadas en el occidente del continente, en donde se construyó con madera de forma extensiva y encontrándose ejemplos notables, principalmente en la región alpina y Europa central. En particular, es posible identificar 4 tipos de construcciones que fueron clave para la construcción moderna:

1. Palisade o stave construction, basada en paredes sólidas formadas por la aglomeración vertical de rollizos1.2. Este tipo de construcción predominó en la Alemania neolítica desde donde se extendió primeramente al norte de Europa, y posteriormente a las regiones ribereñas próximas al río Mississippi en Norteamérica.
2. Log-cabin construction, basada en la disposición de rollizos horizontales. Este tipo de construcción fue fundamental para comenzar el desarrollo de varios tipos de unión, fundamentalmente en el encuentro entre muros. Fue desarrollada principalmente en Europa central, Rusia y Asia Menor, siendo la Iglesia de la Transfiguración en Kizhi, Rusia, quizá el ejemplo representativo más notable. Aunque gran parte del desarrollo se produjo en Europa y Asia occidental, es cierto que este tipo de construcciones también se desarrollaron en el período Yayoi en Japón (250 A.C-200 D.C.). Este tipo de construcción fue exportado a Norteamérica a mediados del siglo XVII y se piensa que fue el precursor principal de las construcciones resistentes al cortante3, desarrolladas posteriormente en esta región.
3. Timber frame construction, consistente en el uso de pórticos de madera acompañados o no de cercha en cubierta, fueron desarrollados también en Europa a partir del año 5.500-2.500 A.C., ver Figura 1.1.1. Estas construcciones surgieron como una necesidad de disponer de espacios más amplios de almacenamiento agrícola, y pueden ser considerados como los precursores de las estructuras porticadas modernas. Al igual que los tipos precedentes, esta tipología también fue exportada a Norteamérica alrededor del siglo XVII y a día de hoy, se encuentran aproximadamente aún 80 estructuras antiguas en pie de esta tipología.
4. Finalmente, roof beam, arch and truss timber construction, que pueden ser considerados como una tipología más, ya que se basa en el uso de la madera tan sólo como material de cubierta. Las soluciones de este tipo logran generar cubiertas relativamente ligeras con luces de hasta 20 metros sin apoyos intermedios. Uno de los ejemplos primigenios puede ser considerado el palacio de Eltham, construido en Inglaterra en 1405. La aparición de este tipo de construcción fue clave para el desarrollo de sistemas de arriostramiento1.3, que habitualmente estaban diseñados para evitar el vuelco en el plano y fuera del plano de elementos de cubierta sometidos a flexión.

figura 1.1.1 Estructuraciones antiguas referentes de la construcción moderna.

Por otra parte, la tipología oriental propia de Japón, China y Corea principalmente, también es considerada como un precursor de la estructuración moderna en madera. De hecho, para cuando la cultura oriental y occidental contactaron con intensidad durante el siglo XX, la ingeniería con madera en lejano oriente se encontraba totalmente desarrollada. Uno de los rasgos característicos de esta arquitectura consiste en la gran riqueza de uniones tradicionales y soluciones carpinteras, tanto en China como en Japón. Otra característica importante, es la enorme longevidad de algunos de las construcciones, muchas de ellas de culto religioso. En China se estima que a día de hoy existen al menos una docena de edificios de madera con una antigüedad superior a 1.000 años. Por otro lado, el edificio de madera más antiguo del mundo es considerado el Templo de la Ley Floreciente en Japón, cuya finalización data del año 607 D.C.

De este periodo es importante también notar construcciones destacadas en Chile, tales como las iglesias de Chiloé. Las iglesias más antiguas datan del siglo XVIII y no son conocidas únicamente por su belleza, sino también por la ausencia de conexiones mecánicas en entramados de gran complejidad, ver Figura 1.1.2.

figura 1.1.2 Iglesia de Achao, Chiloé, Chile.

Siglo xix

El siglo XIX resultó, por una gran variedad de aspectos, clave para entender el contexto actual de la construcción con madera. Ya a finales del siglo XVIII, con la revolución industrial, los ladrillos comenzaron a sustituir la madera en muchas construcciones en Inglaterra y Europa. Por otra parte, vigas de hierro y acero comenzaron a sustituir elementos de madera, inicialmente en edificios de gran porte, y también se extendió masivamente el uso del hormigón. Sin embargo, fue a mediados y finales de 1800, cuando la madera tuvo su máxima utilización en Estados Unidos, sufriendo así un ‘retraso’ de unos 200 años respecto del apogeo en Europa. Ver la evolución del porcentaje del uso de madera en la construcción en la Figura 1.1.3.

Así, en 1833 se inventó en Chicago el balloon framing1.4, el cual posteriormente derivaría también la introducción del platform framing1.5. La introducción de ambos sistemas de construcción fue posible gracias a la enorme cantidad de recursos forestales, aserraderos, y productores de tableros presentes en el territorio americano, así como que hubiese una mayor disponibilidad de clavos. Estos sistemas se extendieron muy rápidamente debido en gran parte a la simplifi...

Índice

• Portada
• Créditos
• Portadilla
• Tabla de contenidos
• Prólogo
• Prefacio
• ¿Cómo leer este libro?
• 1. Introducción a la construcción con madera
• 2. Anatomía y física de la madera
• 3. La madera como material de construcción
• 4. Productos de ingeniería de madera
• 5. Clasificación y caracterización
• 6. Factores que influyen en el desempeño mecánico
• 7. Fundamentos para el cálculo
• 8. Dimensionamiento de miembros estructurales
• 9. Introducción al diseño de uniones
• 10. Sistemas estructurales
• 11. Introducción a los sistemas constructivos
• 12. Introducción a la construcción industrializada
• 13. Fundamentos de la protección frente al fuego
• 14. durabilidad y protección de la madera
• ANEXO A. ayudas al predimensionado
• ANEXO B. ejemplos de configuraciones constructivas en fundaciones
• Glosario de términos