Dado que el sector de la construcción cada vez presta más atención a los diseños que reducen las emisiones de carbono, cada vez se buscan más soluciones híbridas que combinen la madera con el acero u otros materiales. En Buro Happold tomamos nota y apoyamos esta...
La madera ofrece versatilidad y un excelente comportamiento sísmico; el acero aporta resistencia y conexiones. La combinación de ambos materiales para su proyecto suele ser la forma más eficaz de obtener resultados óptimos.
Adaptabilidad
Los diseños híbridos suelen ofrecer niveles de rendimiento superiores a los de la madera por sí sola; sin embargo, su éxito depende a menudo de varios factores, entre ellos lo bien conectados que estén los componentes y si se han sometido o no a las pruebas adecuadas. Debido a la complejidad y al tiempo que requieren procesos de diseño como este, los diseñadores deberían tomarse el tiempo necesario para desarrollar un sistema de conexión eficiente y realizar pruebas para las cargas a las que se enfrentarán durante las aplicaciones en el mundo real.
A medida que los propietarios de edificios se centran más en reducir su huella de carbono incorporada, los profesionales de la ingeniería estructural han buscado diseños eficientes con un menor uso de energía incorporada como objetivo importante del diseño estructural. Un método para lograr este objetivo es la combinación de paneles de suelo de madera laminada cruzada (CLT) con estructuras de acero. Para ayudar a cumplir este objetivo de forma más eficaz, este estudio evaluó qué secciones transversales de forjados híbridos de CLT y acero proporcionaban una eficiencia óptima cuando se evaluaban en función de múltiples criterios de decisión para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en la fase de producción.
Para que esto funcione eficazmente, hay que maximizar la capacidad de carga de los componentes híbridos. Por ello, se probaron varios métodos para aumentar la unión entre la madera y el acero. Los adhesivos demostraron ser un método ideal para unir estos materiales en comparación con las fijaciones tipo espiga y las fijaciones de placa metálica perforada (PMPF), con muestras a pequeña escala utilizadas para evaluar la resistencia de la unión entre los materiales; las uniones adhesivas demostraron ser superiores en hasta 82% en comparación con las fijaciones tipo espiga y las fijaciones PMPF, lo que dio como resultado una capacidad de carga máxima de 82% de capacidad de cizallamiento del componente híbrido.
A medida que aumenta la demanda de madera y diseños híbridos, los propietarios de edificios, los equipos de diseño y las autoridades con jurisdicción se adaptan rápidamente. Este seminario web pregrabado explorará proyectos innovadores en los que los sistemas híbridos de madera/acero maximizan las ventajas de cada material; también se tratarán algunos retos asociados a la inclusión de elementos híbridos en edificios altos de madera, así como soluciones.
Eficiencia energética
El uso de diseños híbridos que combinan la madera con el acero u otros materiales da como resultado edificios más eficientes desde el punto de vista energético. Este enfoque combina la eficiencia estructural con la calidez y flexibilidad que proporciona la madera, así como una mayor resistencia frente a riesgos sísmicos o de viento. La construcción híbrida también ayuda a reducir el carbono incorporado en los edificios.
Un método de diseño híbrido consiste en combinar vigas laminadas con nervios de acero para formar una estructura de celosía híbrida. El acero proporciona la rigidez y resistencia necesarias para soportar los esbeltos elementos de madera. Un sistema híbrido ofrece una solución económica que es a la vez sencilla y versátil en su aplicación. La madera no siempre se comporta de forma óptima con el acero, por lo que el diseño debe tenerlo en cuenta a la hora de planificar. Por ejemplo, es fundamental que los elementos de madera se coloquen cerca del cordón superior (en compresión) mientras que el acero permanece en el cordón inferior (tensión). Además, las conexiones deben diseñarse de forma que se evite que se produzcan huecos de dilatación térmica entre los componentes. También es de vital importancia trabajar con fabricantes que conozcan los procesos de fabricación tanto de la madera como del acero, ya que sus detalles de conexión difieren significativamente de las normas AESS estándar.
La madera de ingeniería se utiliza desde hace mucho tiempo en la industria de la construcción, pero sólo recientemente ha cobrado impulso como material preferido para construir estructuras a gran escala. Esta tendencia se debe a sus ventajas sobre el hormigón y el acero: entre ellas, su versatilidad para crear formas complejas sin aumentar significativamente los costes. La madera de ingeniería permite a los arquitectos hacer realidad su visión y ahorrar costes al mismo tiempo.
La madera ofrece muchas ventajas: almacenamiento de carbono y condición de recurso renovable; sus cualidades estéticas superan a las del acero y el hormigón; sin embargo, la madera carece de parte de la rigidez y resistencia que necesitan los edificios altos, por lo que los ingenieros suelen combinar la madera con otros materiales que ofrecen más rigidez o capacidad de carga que la que pueden ofrecer sus propios materiales.
El método más utilizado para unir madera y acero es el adhesivo. Se han ensayado diferentes métodos, entre ellos las fijaciones tipo espiga y las fijaciones de chapa perforada (PMPF). Un estudio reciente concluyó que las uniones adhesivas ofrecen un rendimiento superior en las secciones híbridas de madera-acero en comparación con las espigas (la resistencia a la tracción es hasta 9 veces mayor) y las PMPF (5,55 veces más capacidad de corte que las espigas). Además, los edificios híbridos de acero y madera pueden reducir el carbono incorporado en la superestructura hasta 5-35% en comparación con los edificios de acero y hormigón.
Flexibilidad
Los diseños híbridos ofrecen mayor flexibilidad que los diseños de un solo material, ya que aprovechan las características beneficiosas de la madera cuando es necesario y emplean otros materiales cuando es preciso. Los suelos de CLT (madera contralaminada) pueden reducir las emisiones de carbono, mientras que las cerchas de acero pueden mejorar el comportamiento sísmico; el uso simultáneo de varios materiales permite a los diseños híbridos equilibrar la sostenibilidad con la resistencia, algo que los proyectos con conciencia ecológica deben tener en cuenta.
La construcción híbrida es un campo de la ingeniería estructural en rápido desarrollo, y constantemente se crean nuevas soluciones técnicas para satisfacer las demandas del mercado. Peikko ha lanzado recientemente una gama estandarizada de elementos de conexión madera-acero diseñados para simplificar el diseño de estructuras híbridas, lo que facilita enormemente a los ingenieros la creación de estructuras híbridas fiables.
Pero muchos expertos reconocen que la adopción generalizada de estructuras híbridas plantea dificultades, sobre todo en Australia, donde los edificios de gran altura construidos con madera y acero no se han generalizado. Para combatir estas dificultades, los investigadores están llevando a cabo varios experimentos diseñados para explorar el potencial de Australia para la construcción híbrida madera-acero.
Uno de estos experimentos consiste en probar el comportamiento de vigas híbridas de acero y madera. Estas vigas están formadas por láminas de madera de pino radiata y abeto Douglas unidas a perfiles de acero revestidos. En estos estudios se evalúa su resistencia a la flexión, la capacidad de carga y las repercusiones de los tipos de adhesivo, tamaño/ubicación/tipo, etc., con el fin de desarrollar diseños estructurales más eficientes para los edificios híbridos de acero y madera en Australia.
Esta investigación podría tener un enorme efecto transformador en la forma de diseñar los edificios altos en Australia. El objetivo es reducir su potencial de calentamiento global (PCG) disminuyendo el uso de hormigón.
La industria estructural está experimentando un cambio internacional hacia técnicas de construcción híbridas de acero y madera para edificios altos, impulsado por diversos factores, como la geografía dominante, la función del edificio, consideraciones de altura y otras variables.
Sostenibilidad
A medida que las prácticas de construcción evolucionan hacia planteamientos más respetuosos con el medio ambiente, la madera se ha convertido en un material de construcción deseable con ventajas tanto medioambientales como arquitectónicas. Desgraciadamente, su resistencia y durabilidad limitan el uso de la madera en determinados proyectos; para maximizar su uso en estos casos, muchos equipos de diseño están recurriendo a estructuras híbridas que combinan las ventajas de la madera en masa con la resistencia del acero o el hormigón para producir la estructura híbrida perfecta.
Los diseños híbridos también pueden ofrecer importantes ventajas de sostenibilidad. El empleo conjunto de varios materiales puede reducir las emisiones totales de carbono incorporadas y mejorar la eficiencia energética, al tiempo que ofrece flexibilidad, adaptabilidad y ahorro de costes. Combinar madera con material de construcción de hormigón puede reducir los costes de construcción y acelerar el proceso de edificación; sin embargo, es esencial seleccionar combinaciones adecuadas de materiales para proteger la integridad estructural de los edificios.
Los edificios híbridos no sólo ahorran emisiones de carbono, sino que también ofrecen una mayor resistencia sísmica que las estructuras tradicionales de acero y hormigón. Un estudio reciente ha examinado seis casos pioneros de diseños híbridos que combinan estructuras de acero y entramado de madera con fines de resistencia sísmica. Los resultados demuestran que las estructuras híbridas ofrecen alternativas más ecológicas al tiempo que cumplen todos los requisitos sísmicos del Código AEC.
La construcción en madera se remonta a milenios; su reciente resurgimiento se debe a la mayor atención prestada a las prácticas sostenibles y a la reducción de las emisiones de carbono incorporadas. Cada vez más empresas de construcción apuestan por la madera como parte de un plan para combatir el cambio climático y crear entornos más saludables.
Microsoft y Gensler, en colaboración con Thornton Tomasetti, llevaron a cabo recientemente una investigación que demostró cómo el uso de madera sostenible puede reducir significativamente la huella de carbono de un centro de datos en comparación con la construcción convencional de acero y en un 65% en comparación con la construcción de hormigón prefabricado. Cuando se combina con soluciones de ingeniería innovadoras y una cuidadosa planificación del equipo, la construcción híbrida es una opción atractiva para los constructores que buscan minimizar el impacto ambiental de su proyecto.
La madera es un material ideal para los edificios de alto rendimiento, pero sus puntos fuertes y débiles deben tenerse muy en cuenta durante el diseño. Los ingenieros deben conocer sus puntos fuertes (rigidez, durabilidad), sus puntos débiles (permeabilidad) y su impacto ambiental antes de proceder a su uso. La construcción híbrida se ha convertido en una solución cada vez más popular que reúne diversas ventajas de distintos materiales para producir estructuras únicas con un atractivo visual y una funcionalidad duraderos.
