Fundamentos del diseño y la construcción con madera. Pablo Guindos
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 simplificación de las construcciones y la reducción drástica de los costos de obra. De hecho, estos sistemas de entramado ligero siguen siendo hoy en día el sistema más empleado para baja altura en EEUU. Uno de los sucesos más desfavorables para la madera en esta época fue el gran incendio de Chicago en 1871, tras el cual gran cantidad de edificios fueron reconstruidos en hormigón y acero.
| figura 1.1.3 Evolución del porcentaje de uso de madera en la construcción (basado en Winter 2017). |
En la segunda mitad del Siglo XIX, se desarrollaron gran parte de las herramientas que se emplean actualmente en análisis estructural, y con ello el cálculo en las construcciones se convirtió poco a poco obligatorio. Consecuentemente, en esta época se comenzaron a caracterizar las propiedades mecánicas de las distintas 11.6, algo que sin embargo ya se había iniciado con Galileo alrededor de 1638. Mientras tanto, en Europa, y pese a que durante el siglo XIX decreció fuertemente el uso de la madera frente a otros materiales (debido a la Revolución Industrial), se desarrollaron innovaciones que fueron clave para el uso moderno de la madera. Las más destacadas fueron seguramente el patentamiento del terciado (plywood)1.7 por parte de Samuel Bentham en Londres, Inglaterra (1797), la creación de arcos curvos de madera (1825), el desarrollo de estructuras híbridas de madera y acero (1839), la construcción del Palacio de Cristal en Londres, una celosía tridimensional con superficie alrededor de 70.000 m2 (1851), y el patentamiento de la madera laminada encolada (MLE o glulam)1.8 por parte de Otto Hetzer en Weimar, Alemania, en 1872.
Siglo xx
El siglo XX fue el período en donde se consolidó la investigación en madera. Gran importancia tuvo en este desarrollo la creación del Forest Products Laboratory (FPL) en Madison, Wisconsin en 1910, ya que fue en este lugar donde se comenzaron a analizar las propiedades mecánicas de maderas, ensambles y uniones, al igual que la durabilidad, secado, resistencia a fuego y otros aspectos cruciales para este material. Los conocimientos adquiridos en los primeros años se tradujeron en la primera versión del Wood Handwook en 1931.
El siglo XX fue también clave en dos aspectos que ocurrieron en años cercanos a la II Guerra Mundial. El primero de ellos fue la aparición de adhesivos resinosos1.9 que, a un bajo costo, ofrecían una resistencia superior a la propia madera. Esto definitivamente ayudó a expandir la madera laminada encolada, el terciado y el desarrollo de nuevos productos de ingeniería de madera. La baja disponibilidad de madera maciza en Europa, fomentó un alarde de invención en la ingeniería lo que promovió la búsqueda de materiales constructivos obtenidos a partir de elementos pequeños o de baja estética y calidad para la construcción, como por ejemplo los tableros de partículas en Alemania (originalmente denominados como ‘falsa madera’), el OSB1.10, que fue inicialmente patentado por Armin Elmendorf en EEUU allá por 1965 y la madera microlaminada (LVL)1.11, patentada en 1988 por Robbins Earl Herbert. Otra de las invenciones clave para el desarrollo de la madera a nivel constructivo, fue la introducción alrededor de los años 50 en EE.UU. de placas metálicas para la conexión de piezas estructurales de madera.
Durante el Siglo XX, también se realizaron algunas obras de importancia capital para la madera. Una de las más destacadas es la infraestructura de ensayo aeronáutico TRESTLE (ATLAS-I) en Nuevo México, EE.UU. Esta es aún a día de hoy la construcción más grande del mundo de madera laminada, con 15.350 m3 de glulam. Otra obra muy relevante es la Cúpula de Tacoma, en Washington, EE. UU. que destaca por su gran luz de 162 metros de madera laminada.
1.2 Una mirada hacia el futuro
El final del siglo XX brinda la invención