Tras casi una década de investigación en la Universidad de Canterbury (Nueva Zelanda), ha salido a la luz el primer edificio construido íntegramente con un sistema innovador híbrido en madera con pos tensado en acero conocido como Pres-Lam. Se trata de las oficinas de la empresa Trimble en Christchurch, Nueva Zelanda.
Introducción La técnica del pre-tensado comenzó con el ingeniero civil francés Eugene Freyssinet en la década de los años 20, con la finalidad de construir estructuras de grandes luces. Los mismos principios han sido adoptados y ensayados por el departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelanda. Lo peculiar, en este caso, es su implementación con tendones o barras de acero no adheridas no al hormigón, sino a madera micro-laminada (LVL) para formar pilares, vigas o muros híbridos de grandes prestaciones estructurales.
En este sistema, el acero es diseñado para equilibrar cargas externas, principalmente el peso propio y parte de la sobrecarga de uso. Esto permite reducir la sección de los componentes de LVL sin afectar a la rigidez y la resistencia de la estructura. En cuanto a la reología de la estructura, expresada como deformación diferida y merma, estudios recientes confirman una máxima pérdida de tensionado del 25% en el peor de los casos. Aun así, para reducir aún más este fenómeno, se recomienda seguir un programa de re-tensionado al cabo de dos años de aplicar la tensión inicial, que es algo más baja que la final de diseño (~65%).
El primer edificio en el mundo que lleva esta tecnología, el Centro de las Artes del Nelson-Marlborugh Institute of Technology (NMIT), se inuguró en 2011. Desde entonces, y debido a las devastadoras consecuencias que tuvieron la serie de terremotos de 2010 y 2011, la región de Canterbury está siendo testigo de la rápida expansión de este sistema.
Madera pos-tensada Pres-Lam El sistema Pres-Lam, cuya patente pertenece al consorcio de investigación pública y privada STIC, tiene el objetivo principal de extender el uso de la madera como sistema estructural en edificios no residenciales. Nueva Zelanda es un país con una enorme extensión de plantaciones productoras de crecimiento rápido de Pino radiata y, por tanto, la contribución al PIB nacional del sector forestal-maderero es relativamente alta (~5).
Las principales ventajas de este sistema respecto al tradicional método en madera de entramado pesado son: - Incremento de luz entre pilares. - Conexiones más simples y económicas. - Rapidez de ensamblado en obra. - Extraordinaria respuesta frente a acciones extremas como terremotos o huracanes. - Capacidad de re-centrado de la estructura después posterior a la acción sísmica. Este novedoso sistema está basado en tres elementos claves aplicados tanto a vigas como a pilares y muros: - Madera técnica hueca. La base es madera LVL de pino Radiata aunque también es posible su construcción con viga laminada o panel contra-laminado (CLT). - Tendones o barras de acero en el interior de los elementos estructurales que actúan como conectores y aplican pos-tensión al sistema. - Disipadores de energía reemplazables. Este elemento es solo necesario en caso de que la estructura esté ubicada en zonas con elevada actividad sísmica.
El proceso de fabricación de los elementos en LVL es sencillo. Las planchas de LVL se vuelven a encolar, o bien con de poliuretano o melaninas, para formar la sección requerida y se deja un hueco de dimensiones variables en el núcleo del elemento estructural que sirve de alojamiento para el acero. El elemento conector puede ser tanto tendones de acero convencionales en la industria del tensado como barras de acero reforzado frecuentes en la industria del encofrado (barras Dywidag o Macalloy). Este tipo de conexión se puede utilizar para todo tipo de encuentros: madera–madera, madera–acero o madera–hormigón. Es necesaria una placa metálica en la base y en el cabecero para los muros y también en el lado externo del pilar para aumentar la superficie de contacto entre el elemento de acero y la madera para reducir así el aplastamiento paralelo a las fibras. La combinación de este tipo de madera y la conexión mediante cables de acero evita tradicionales problemas de fallo por rotura en la región que comprende la conexión y minimiza tanto deformaciones residuales como daños estructurales posteriores a un evento sísmico. Investigaciones realizadas mediante simulación por elementos finitos y mediante ensayos de laboratorio confirman la posibilidad de alcanzar con este sistema hasta 20 plantas en altura y luces de 15 m con la inclusión de forjados compuestos en LVL y hormigón. El coste de este sistema es ligeramente superior al de una estructura similar en hormigón o acero. Por ejemplo, en un caso práctico dónde se comparó un hotel de 5 alturas en estructura mixta hormigón – acero con una idéntica en Pres-Lam y hormigón, el incremento del coste “llave en mano” de esta última fue de apenas un 1.5 %.
Ejemplos presentes
Centro de las Artes del NMIT en Nelson.
Este edificio concluido a finales del 2011 incorpora el sistema Pres-Lam en los muros los cuales trasmiten las cargas laterales de viento y sismo a la cimentación. Estos muros están unidos a los diafragmas de forjados lo cual asegura una elevada estabilidad estructural. El NMIT, que es un edificio de uso educacional, está sometido a un intenso control y monitorización por parte de la Universidad de Canterbury dónde se están grabando deformaciones y desplazamientos de manera constante. El resto de la estructura es también en madera LVL la cual está expuesta para contemplación de sus ocupantes.
Edificio de oficinas Merritt en Christchurch Uno de los primero proyectos del programa estatal “Rebuild Christchurch”, dónde se promociona la rápida re-construcción del centro de la ciudad de Christchurch, ha sido el edificio de oficinas de Merritt. La estructura de este edificio de tres alturas presenta una serie de pórticos en Pres-lam con la peculiaridad de que han sido montados en obra pero a cota cero. Este hecho, que es muy habitual en este tipo de construcción, agiliza considerablemente el tiempo de ejecución en obra y además, mejora la seguridad de los operarios.
Los pórticos permiten una considerable luz entre pilares lo cual conlleva a una mayor flexibilidad e iluminación del espacio interior, algo muy presente en la arquitectura moderna. Así mismo, el diseño de pilares con una sección hueca de grandes dimensiones permite un vano muy amplio contribuyendo a la luminosidad interior [Imagen 12]. Este proyecto se completó a finales del 2012 y confirmó la viabilidad tanto económica como técnica del sistema Pres-lam.
Edificio de oficinas Trimble en Chch Cómo continuación de la reconstrucción de la ciudad de Christchurch, y después de la exitosa ejecución de los proyectos mencionados previamente, la compañía constructora Mainzeal apostó por el diseño íntegro en Pres-lam para las nuevas oficinas de la multinacional americana Trimble Navigation Ltd. El diseño de la estructura ha sido llevado a cabo por la consultora con sede en el Reino Unido, Opus International y tiene una superficie útil de 6.000 m².
El antiguo edificio que acogía las oficinas de Trimble Navigation, construido hace apenas una década en hormigón y acero, sobrevivió a los terremotos de 2010 y 2011 pero no aún incontrolado incendio en Mayo del 2011. Las nuevas oficinas incluyen un total de 9 muros de LVL reforzados con 6 barras de 50 mm de diámetro cada uno y de 19 vigas de LVL reforzadas con 6 tendones de acero de 15.2 mm de diámetro en cada viga.
Como novedad, la estructura incorpora un sistema de disipación de energía con acero de menor calidad muy fácilmente remplazable en caso de sismo. Esto hace que el daño estructural sea mínimo en las partes fijas, reduciendo muy drásticamente el gasto de una futura reparación. Este edificio fue inaugurado en abril de 2014 y ha sido calificado como un triunfo por las autoridades locales y por el cliente.
Edificio de uso mixto en Chch El último ejemplo de uso de la tecnología Pres-lam en la capital de la región de Canterbury es un edifico de seis alturas de uso mixto (oficinas y residencial) en el corazón de la ciudad. Como novedad, el sistema híbrido está incluido como vigas en LVL que se apoyan sobre pilares de hormigón armado prefabricado mediante el uso de estribos de grandes dimensiones. En este caso, la técnica empleada del pos tensado se encuentra en ambas direcciones. Esto evita la presencia de muros de diafragma para soportar las cargas laterales.
Conclusiones. Un nuevo sistema de construcción basado en madera técnica y acero patentado como Pres-Lam ha sido recientemente comercializado por la Universidad de Canterbury en Nueva Zelanda. El objetivo es llegar a un mercado no residencial, con posibilidad de alcanzar hasta 60 m aproximadamente en altura y capaz de soportar luces de hasta 15 m. Esto es algo prácticamente impensable con los actuales sistemas de construcción en madera. Este sistema se beneficia de la prefabricación de los elementos en fábrica, de la rapidez de montaje en obra, de la sencillez de las conexiones y de un excelente comportamiento frente a cargas extremas de viento y sismo. A estas ventajas hay que añadir los beneficios ambientales asociados al empleo de madera proveniente de fuentes sostenibles. El coste actual de este sistema es entorno a un 2% más caro que el equivalente en acero - hormigón pero a corto plazo, y gracias a los avances en la tecnología de la fabricación, este sistema será económicamente muy competitivo.
Creditos: JesúsMenéndez, STIC Ltd, Opus International Ltd.
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