Construcción robótica con madera

Industrialización en la construcción con madera

La construcción con madera ofrece oportunidades únicas para la industria de la construcción: reduce su huella de carbono, minimiza los residuos y disminuye el uso de recursos no renovables. Este tema es de inmensa relevancia mundial, ya que la industria de la construcción es actualmente responsable del 30% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, el 40% del uso mundial de la energía y el 50% de los residuos mundiales. Por último, la alta relación resistencia-peso de la madera la hace especialmente adecuada tanto para estructuras de gran envergadura como de gran altura.

La madera presenta desafíos considerables para los procesos de industrialización y de la construcción: las propiedades varían mucho según las regiones climáticas de crecimiento, las especies de árboles y, lo que es más importante, dentro de la misma estructura interna de los árboles. Con el fin de establecer un suministro fiable, la industria maderera centroeuropea realizó a partir de la década de los años 80 inversiones considerables en maquinaría, desde la implementación a gran escala del corte CNC, el control de calidad basado en imágenes, hasta el escaneo por tomografía computarizada. Sobre la base de estos avances, la industria de la construcción en madera está hoy a la cabeza del campo de la construcción a niveles de fabricación digital y producción off site.

Avances tecnológicos

Las tecnologías de automatización han sido identificadas como una solución potencial para abordar los bajos niveles de productividad en la construcción de finales del siglo XX. Ya con el cambio de siglo, un impulso en la investigación de la construcción industrializada derivó en la construcción robótica, los brazos robóticos industriales se identificaron como agentes genéricos de fabricación. La gran libertad de los robots industriales, la alta precisión, la velocidad, versatilidad, robustez y diseño, junto con la flexibilidad del proceso, permitieron un auge en los esfuerzos de investigación en este campo. Las nuevas aplicaciones de construcción robótica suelen explorarse a través de estudios empíricos y proyectos de demostración.

Hoy en día, la integración de procesos innovadores de fabricación robótica y el diseño de nuevos sistemas estructurales se están convirtiendo en un tema cada vez más comprendido. Además de abrir nuevas posibilidades para expresiones arquitectónicas innovadoras, esta línea de investigación también demuestra cómo la fabricación robótica, junto con nuevos métodos de diseño computacionales, pueden desempeñar un papel crucial en la construcción de edificios estructurales, donde la energía gris del material (cantidad de energía consumida en todas las fases del ciclo de un producto, material o servicio) se está convirtiendo en una parte cada vez más importante para la eficiencia energética total de los edificios.

Las tecnologías de automatización han aumentado continuamente la productividad de la industria manufacturera en las últimas décadas sobre la base de la estandarización, la producción en masa y las redes comerciales globales. Aparentemente ignorante de esta tendencia, el sector de la construcción se está quedando atrás, con niveles de productividad estancos desde hace décadas. Una de las razones de este fenómeno podría ser la incompatibilidad intrínseca del sector de la construcción con la normalización (territorial e internacional)

Los esfuerzos para reducir la incertidumbre y la complejidad de los procesos de construcción mediante la estandarización de los sistemas de construcción y la repetición de módulos de construcción pueden resumirse en términos generales como “construcción industrializada”, “prefabricada” o “construcción modular”. Un estudio reciente estima que la cuota de mercado potencial de este tipo de construcción será una proporción bastante pequeña (13,5%) del mercado de la construcción de edificios en 2030. El desarrollo de marcos de automatización aplicables y económicos para el 86,5% restante de los esfuerzos de construcción no estándar sigue, en gran medida, sin discutirse.

En estos sectores de mercados volátiles y altamente dependientes de los proyectos, la capacidad de adaptar constantemente los modos de organización y la ubicación de la producción constituyen importantes factores de supervivencia para las empresas del sector de la construcción. Desde la perspectiva global, otra condición cobra aún más relevancia. La industria de la construcción está compuesta por un alto porcentaje de pequeñas y medianas empresas, sus capacidades para realizar inversiones tecnológicas de gran volumen son bastante limitadas.

Más allá del control numérico

Hace algo más de cuatro años que escribí uno de mis primeros artículos para esta revista “Madera y Construcción” y fue Pabellón de Madera BUGA. Este pabellón es un gran ejemplo de los más altos niveles de eficiencia de materiales que se puede ofrecer a través de nuevas herramientas de diseño computacional y procesos avanzados de materialización física.

Vídeo del proceso de diseño y construcciión del pabellón de madera Buga.

El conjunto completo de trabajos de fabricación que se emplearon para la construcción del Pabellón de Madera BUGA no habría sido posible de lograr en un periodo de tiempo tan limitado, sin un enfoque integrado empleando las máquinas y artesanías existentes.

La estructura del pabellón está ensamblada a partir de 376 placas distintas, constituidas por componentes individuales planos, hechos a medidas, con 17.000 uniones diferentes, de acuerdo a los requisitos de contorno geométrico individuales y al diseño global.

Las placas varían entre el 1 m y 2,6 m de diámetro y de 0,55 a 3,65 m² de área, su peso oscila entre los 48 kg y los 150 kg. Se ensamblan a partir de dos placas de madera laminada de abeto (LVL) que intercalan un anillo de vigas de borde. Los bordes de las piezas se fresas, con alta precisión, y luego se unen entre sí para obtener el máximo rendimiento.

Pabellón de Madera Buga es la demostración de que la construcción robotizada abre nuevos espectros de rendimiento para estructuras de madera avanzadas, sostenibles y a gran escala, y sienta las bases para la organización y gestión ágil de proyectos de construcción robótica con madera.

En España contamos, desde hace un par de meses, con un equipo de esta tecnología de brazos robóticos. El CEO del IAAC (Institute for Advanced Architecture of Catalonia) anunciaba la noticia a través de Linkedln, una foto del robot y el siguiente texto “Nuevo juguete”.

Referencias bibliográficas.

• Menges, A., & Schwinn, T. (2012). Manufacturing Reciprocities. Architectutal Design, 82(2), 118-125.
• Menges, A. (2013). Morphospaces of Robotic Fabrication. In S.Brell-Çokcan & J.Braumann (Eds.), Rob | Arch 2012 (pp.28-47). Vienna: Springer Vienna.
• Menges, A., Knippers, J., Wagner, H.J., & Sonntag, D. (2019). BUGA Holzpavillon – Freiformfläche aus robotisch gefertigten Nulltoleranz-Segmenten. 25 Internationales Holzbau-Forum /HF 2019, 219-138.
• Menges, A. (2020). Automation in Construction. Institute for Computational Design and Construction – University of Stuttgart, Keplerstrasse 11, 70174 Stuttgart, Germany.