VENTAJAS DEL CLT EN ENTORNOS SÍSMICOS
Imágen de portada: Obra de edificio en Calle Cuenca, Granada. Arquitectura: ©Bonsai Arquitectos. Fotografía: ©Ádám Tóth | Fuente: www.bonsaiarquitectos.es
Para comprender por qué las estructuras basadas en tableros de madera contralaminada son especialmente ventajosas en entornos sísmicos es esencial conocer por un lado las características resistentes del CLT y por otro la problemática particular de los entornos susceptibles de sufrir terremotos. En este artículo repasamos las nociones básicas.
¿Qué es el CLT?
Existe cierta dispersión en la descripción del CLT. Nosotros solemos referirnos a la definida por la asociación AITIM, según la cual es un “tablero estructural formado por al menos 3 capas impares de tablas de madera de coníferas encoladas generalmente sólo en sus caras, y en algunas ocasiones también por sus cantos, de forma que las tablas de capas sucesivas sean perpendiculares entre sí.” (1)
Los tableros contralaminados se diferencian de los tableros de madera maciza de tipo alistonado o tricapa (SWP, solid wood panels) por sus dimensiones muy superiores, tanto en espesor como en longitud, lo que implica técnicas de fabricación y prestaciones estructurales muy diferentes. El espesor de las capas oscila mayormente entre los 20 y los 40 mm, y la sección total del panel entre 60 y 320 mm. (2)
En español se denominan con las siglas TCL, por Tableros Contralaminados, en inglés Cross Laminated Timber (CLT), en francés Panneaux de Bois Massif (PBM) y en alemán Brettsperrholz (BSP). Pero el acrónimo inglés CLT es finalmente el más utilizado precisamente por su internacionalidad.
Vista de canto de panel CLT 34+27+34. Arquitectura: ©Bonsai Arquitectos. Fotografía: ©Ádám Tóth | Fuente: www.bonsaiarquitectos.es
Características resistentes del panel CLT
La configuración del panel CLT a partir de un número impar de capas hace que un tablero siempre trabaje mejor en una de sus direcciones, que es siempre la de las fibras de las capas exteriores. Sin embargo, en conjunto está capacitado para trabajar en los dos sentidos, ya que las impares responden a los esfuerzos directos, mientras que las pares trabajan como traba del conjunto minimizando los movimientos internos en la madera.
Su condición anisótropa hace que el tablero contralaminado pueda soportar la condición de carga de forma distinta según la dirección de los apoyos, aumentando su comportamiento portante. Esta característica es una de principales razones de su buen comportamiento a sismo.
En un tablero de 5 capas, por ejemplo, hay un 150% más material en la dirección principal que en la ortogonal. De este modo, el tablero puede trabajar tanto de modo unidireccional (como lo haría un forjado de hormigón) como de forma bidireccional (como haría una losa).
La resistencia a flexión es muy elevada en comparación a su densidad -en el caso de las coníferas ronda entre los 140 y los 300 kp/ cm2. La tracción paralela a fibras es de entre 80 y 180 Kp, mientras que en la perpendicular es de 30 a 70 veces menor. La compresión paralela a la fibra es de entre 160 y 230 Kp/cm2, mientras que la perpendicular es una cuarta parte de esta. Su bajo módulo de elasticidad hace además que la resistencia a compresión dependa de la esbeltez. (3)
Estas cualidades mecánicas ilustran la «economía de medios» que caracteriza a la madera y al CLT como material inteligente. En el comportamiento estructural, los árboles reducen su capacidad resistente allá donde no es necesaria, y esto es justamente lo que consigue un buen diseño sismorresistente.
Encuentro de panel de fachada con forjado. Arquitectura: ©Bonsai Arquitectos. Fotografía: ©Luis Llopis | Fuente: www.bonsaiarquitectos.es
Qué ocurre en caso de terremoto
De entrada es importante tener presente que la tecnología constructiva predominante en la actualidad fue desarrollada a principios del s. XX en un contexto de baja sismicidad, y desde Europa fue extendida al mundo. Recordar el manifiesto de los 5 puntos de una arquitectura moderna en la teoría de Le Corbusier resulta muy ilustrativo: (4)
- Punto 1, los pilotis. La sustitución de los muros de carga por una estructura reticular de pilares con el fin de obtener plantas libres. Desde el punto de vista estructural, la planta baja queda debilitada al ser precisamente el lugar donde los pilares se encuentran con la cimentación y se genera el mayor cortante.
- Punto 2, la planta libre, que fácilmente conduce a una gran dispersión en la distribución de la carga propia y en la configuraciones entre plantas.
- Punto 3, la fachada libre. En caso de sismo, al no ser el cerramiento parte de la estructura, es uno de los primeros elementos en colapsar. (Nos viene la imagen aún tristemente cercana del terremoto de Lorca de 2011, con las calles llenas de escombros procedentes de desprendimientos de fachadas.)
- Punto 4, las ventanas-paisaje, que generan cortante por el empuje del antepecho que entra en carga transmitiendo empujes horizontales sobre el pilar.
- Punto 5, las cubiertas ajardinadas, que según cómo se conciban pueden llevar aparejada una gran concentración de masa en el punto más alejado de la oscilación, amplificándola.
Cuando se produce un sismo, los movimientos transmitidos por el terreno provocan fuerzas en todas las direcciones: horizontal, vertical y rotacional. Al esfuerzo que sufre el edificio por la aceleración del terreno se le llama “cortante de base”, y es consecuencia de que este se encuentra anclado sin capacidad para desplazarse. El valor del cortante depende en un 50% de las características del edificio, concretamente de su masa y vibración.
Mientras la magnitud mide la energía emitida en el hipocentro del terremoto, la intensidad mide el efecto producido sobre personas y construcciones en una posición relativa a este. Esta intensidad al llegar a un edificio concreto se transformará en un tipo de cortante de base u otra en función de cómo haya sido diseñado, y en consecuencia se verá más o menos afectado. Por ejemplo, el movimiento oscilatorio es generado por la altura o esbeltez, el valor de su masa y la distribución de su carga. Este movimiento produce un momento sobre la base del edificio que se concentra en los puntos más débiles de la estructura.
Teniendo en cuenta factores como el tipo de terreno, esbeltez, masa y distribución, un diseño intencionadamente antisísmico puede facilitar enormemente que la respuesta del edificio sea óptima en caso de terremoto. Cómo ocurre con un árbol.
Angular en encuentro de panel de fachada con losa de cimentación. Arquitectura ©Bonsai Arquitectos. Fotografía: ©Luis Llopis | Fuente: www.bonsaiarquitectos.es
¿Por qué es revolucionario diseñar con CLT?
Un edificio construido con un sistema CLT está diseñado según un sistema que es a la vez estructura, cerramiento y partición. Se trata de un esquema estructural de muros de carga y de traba, que se caracteriza por poseer una “gran redundancia”.
La masa reactiva es el parámetro esencial en el comportamiento ante sismo. En los sistemas CLT de maderas coníferas la densidad ronda los 500 kg/m3, y sin embargo el peso total de los edificios de CLT es entre 4 y 5 veces más bajo que el de los de hormigón armado. Esta gran ligereza hace que las respuestas que un sismo provoca y por tanto los problemas a resolver sean, en proporción, mucho menores. (5)
El gran debate para la optimización del comportamiento ante sismo está en las uniones entre los paneles. Tanto si el concepto estructural es tipo platform board como si es balloon board, el sistema CLT se basa en la presencia de uniones mecánicas a modo de pasadores y placas, lo que implica la colaboración de otro material diferente a la madera para la transmisión de los esfuerzos. (6)
Las uniones mecánicas para CLT son de una infinidad de posibilidades en dimensión y características, dividiéndose tres grupos: (7)
- Los conectores tipo clavija (clavos, tornillos, tirafondos, pasadores, autotaladrantes y grapas)
- Los conectores de superficie (de anillo, de placa, de placas-clavo y dentados)
- Las Prótesis (todas las variedades de pletinas, angulares, estribos, soportes de anclaje)
Las uniones, que en las estructuras reticulares son los puntos débiles, en el caso del CLT pasan a ser los puntos fuertes ya que pueden ser diseñadas para funcionar como mecanismos de disipación de la energía.
Se trata de un modelo de cálculo de gran ductilidad basado en el llamado “control de la deriva” que permite reducir la aceleración en caso de sismo. En Youtube hay numerosos videos de pruebas de emulación de las condiciones dinámicas de los terremotos sobre maquetas a escala real en los que es apreciable la ligereza y ductilidad del sistema CLT.
En la última década se han desarrollado numerosas investigaciones con modelos a escala real de las que se han extraído conclusiones muy esclarecedoras que demuestran la alta ductilidad ante sismo que puede llegarse a alcanzar con este tipo de sistema constructivo cuando hay un diseño intencionalmente sismorresistente detrás. Tal y como introducíamos en el artículo Plyscrapers, se trata de una historia que no ha hecho más que comenzar.
* Referencias:
(1) “Guía de la madera en la construcción”, AITIM, 1994
(2) “Diseño estructural en madera”, Miguel Nevado, Editorial AITIM, 1999
(3) “El tablero contralaminado. Actualidad de una alternativa para la media altura.”, TFM de Umberto Viotto dirigido por Jaume Avellaneda Diaz Grande, Máster Tecnología en la arquitectura, UPC, 2013.
(4) “Arquitectura Moderna en zonas sísmicas”, Teresa Guevara, Editorial Gustavo Gili, 2009.
(5) Por ejemplo, en Murray Grove, el equipo de Waugh Thistleton generó un modelo equivalente en hormigón, llegando a una densidad de 2,400 kg/m3 frente a los 480 kg/m3 reales en CLT, y a un peso de 1.200 T frente a las 300 toneladas reales.
(6) «Report of the First Joint Planning Meeting for the Second Phase of NEES/E-Defense Collaborative Research on Earthquake Engineering», PEER University of California, Berkeley, 2009
(7) “Uniones: un reto para construir con madera”, conferencia magistral de Ramón Argüelles Álvarez para la inauguración del curso 2010 de la Real Academia de Ingeniería.
*Otros artículos sobre CLT que seguro te interesarán:
SINERGIAS. Los beneficios de combinar la madera con otros materiales.
Editores del post: Maderayconstruccion
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8 Comments
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Iñaki Alonso
Enhorabuena por el artículo y por vuestro trabajo. Ya estamos bastante concienciados de que los edificios deben gastar lo mínimo posible, y las normativas de Edificios de Energía Casi Nula nos lo van a exigir, pero queda mucho trabajo por hacer en la parte del coste de la energía gris embebida en el proceso de fabricación de los materiales, en su puesta en obra y en el desmontaje y es en ese lugar donde la madera marca una gran diferencia con el resto de materiales. Ahora toca medir, comparar y desarrollar una tecnología la tecnología del CLT y la industria local de gestión sostenible y certificada de bosques propios que lo haga cada vez más asequible y más sostenible.
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Thomas
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