Un estudio experimental sobre la correlación de las estructuras de madera con placas de yeso, junto con dos anteproyectos de un puente en CLT y galpones en OSB, son los tres ganadores del Concurso de Ingeniería y Construcción 2023. Las tres propuestas provienen de la Pontificia Universidad Católica y otorgan nuevas miradas sobre cómo aprovechar la ingeniería detrás de este recurso versátil y ecológico en las edificaciones nacionales.
El proyecto que obtuvo el primer lugar del Concurso de Ingeniería y Construcción promete beneficios significativos para la edificación en madera. Así lo aseguró su autor, Diego Valdivieso, quien explica que su investigación de título ayuda a comprender mejor cómo se comportan los inmuebles en madera, con detalles típicos de la construcción chilena, entre ellos, la utilización de placas de yeso cartón.
“Hasta ahora, los diseños asumían que estas placas solo tenían un propósito decorativo y de protección contra incendios, y no se les consideraba como componentes estructurales. Es decir, al analizar las estructuras, se hacía como si solo existiera la parte principal de la estructura, la obra gruesa”, explica Valdivieso. Y es que la no consideración en el diseño estructural de estos elementos de protección contra incendios en muros de entramado ligero de madera, reduce la eficiencia estructural de este tipo de edificios. “Esto los hace menos competitivos en comparación con los edificios de hormigón”, agrega.
Los resultados de su análisis arrojaron aumentos del 53% en la rigidez elástica y de 160% en la capacidad máxima, lo que exhibió “prácticamente la misma capacidad de deformación y disipación de energía que los muros de corte equivalentes sin revestimiento de GWB”, como se refirió su memoria expuesta en el certamen de Madera21.
Diego Valdivieso relató que este estudio comenzó en 2021, con la obtención de fondos para testeos experimentales, siendo completado a mediados de 2022 con su primera publicación. Todo comenzó con una etapa de indagación bibliográfica sobre las técnicas de elaboración industrializada en Chile, donde asevera haber visto vacíos de conocimiento, posiblemente a nivel mundial, sobre el impacto entre estos elementos y la madera.
Luego vino una parte más ligada al modelado, comenta Valdivieso, con más de 30 pruebas de uniones entre las láminas de yeso y madera de OSB, a la par de cuatro pruebas a escala real, “con detalles que representan los muros del primer piso de edificios de hasta 6 pisos, con requisitos de resistencia al fuego F120. Finalmente, se evaluaron los resultados obtenidos en los ensayos, lo que llevó a la formulación de conclusiones presentadas en el concurso y la publicación de los hallazgos asociados”.
La propuesta victoriosa de este año plantea desafíos y oportunidades para el montaje de obras en madera en Chile, asegura el galardonado, en cuanto a una proyección más eficiente, actualización de normativas, educación continúa y los cambios necesarios en prácticas ya normalizadas sobre el tema, pues la inclusión de estas piezas de yeso como componentes edificatorios hoy requiere un enfoque más detallado en su ensamblaje, fijación e instalación.
“Nuestras conclusiones abren un mundo de nuevas posibilidades y mejoras en la construcción en madera en Chile. Esto representa un avance significativo en cómo diseñamos y construimos edificios de madera y cómo los comparamos con las alternativas en hormigón”, finaliza el ganador.
El segundo lugar del concurso fue adjudicado por Francisco Eckhardt con un puente, inédito en Chile, hecho con madera contralaminada (CLT), uno de los referentes a la hora de hablar de madera estructural masiva o mass timber.
El proyecto surgió por un convenio de colaboración con la Municipalidad de Pucón ante la necesidad de reemplazar puentes rurales desgastados, los cuales apenas alcanzaban cinco años de vida útil. Su solución en madera, específicamente con CLT, resultó en una variante que integra métodos para mejorar su rendimiento de soporte, en compañía de un impacto positivo que brindaría la constructibilidad y economía de estas plataformas.
“Aquí es donde la madera muestra su ventaja en términos de tiempo. El izado de las piezas se puede realizar con grúas comunes de fácil acceso, convirtiendo la construcción del puente en un proceso de ensamblaje extremadamente rápido. En el caso presentado en este concurso, donde los estribos existentes se reutilizan, hemos demostrado que el montaje lleva de tres a cuatro días, en comparación con los 28 días que tomaría una operación similar en hormigón armado”, comenta Eckhardt.
A pesar de que existen ejemplos exitosos de viaductos con vigas prefabricadas de hormigón armado, estos aún requieren faenas húmedas, como el vertido del cemento para la losa que soporta la superficie de rodadura. Y sumado a que su densidad es cinco veces mayor que la del CLT, estas diferencias generan más adeptos por este enlace compuesto por material natural.
Es una opción significativamente más liviana a que se hiciera con hormigón armado, sostuvo Eckhardt , ya que “el proceso de mover un puente de 12 metros de largo se vuelve extremadamente complejo, debido a su peso y fragilidad, lo que obliga a la fabricación in-situ de la estructura, conllevando trabajos húmedos y los consiguientes costos y tiempos asociados de armado, encofrado, colado y desencofrado”.
Eckhardt mencionó que la madera para este desafío fue de pino radiata, la que exige la aplicación de tratamientos de preservación, de acuerdo a las obligaciones con la norma NCh 819, la cual especifica los niveles de riesgo de deterioro en función de las condiciones de uso de los elementos fundacionales y los agentes biológicos que deben considerarse. Estos van desde categorías Riesgo 1 (R1) hasta Riesgo 6 (R6). Este plan en Pucón tiene R5, puesto que contempla posibles contactos con agua dulce. Algo distinto al común de las impregnaciones, expresó el ganador, que suelen abarcar R3.
“Además, el puente cuenta con una protección intrínseca en su diseño. El tablero de madera laminada cruzada (CLT) está revestido con una capa de rodadura asfáltica que incluye una pendiente para garantizar el drenaje del agua hacia las salidas ubicadas en los lados de las barandas del puente, evitando así la acumulación de líquidos sobre los componentes estructurales”, manifestó.
Por último, un anteproyecto de galpones en madera encolada se quedó con el tercer lugar del certamen, el cual buscó destacar al material como uno competitivo para instalaciones de grandes luces, por el gran potencial de su industrialización y la adaptabilidad que puede entregar su arquitectura para distintos usos.
En base a ensayos experimentales, como argumentó la memoria presentada por Cristóbal Reyes, la revisión de literatura científica demostró la relevancia de las conexiones en la ductilidad, resistencia y desplazamiento de la totalidad de los marcos en madera. “Adicionalmente”, cita el texto, “diversos estudios demuestran que las uniones tradicionales con pernos y placas de acero presentan un comportamiento frágil y de baja resistencia. Frente a esta deficiencia, se estudian y diseñan dos nuevos innovadores tipos de conexión”.
Estos son Self Drilling Dowels y Glued-in Rods. La primera, similar a la tradicional perno-placa, reemplaza estas fijaciones por pasadores autoperforantes (SDD), capaces de atravesar acero y madera. De esta forma, se evitan problemas con la rigidez inicial por sobre-perforación en agujeros y se induce un modo de falla dúctil por la esbeltez del conector. Asimismo, para evitar una falla frágil por splitting, se refuerza con tornillos autoperforantes (STS) perpendiculares a la fibra.
La segunda consiste en encolar barras roscadas (GIR) en los elementos de madera e interconectar a un perfil de acero H de apoyo mediante tuercas de apriete. La configuración de esta unión facilita un diseño que induce un modo de falla dúctil en el alma del perfil de acero. Y por otra parte, gracias a su alta prefabricación y fácil montaje, el empalme puede lograr un alto grado de industrialización.
“En un galpón de grandes luces, la unión en el ´hombro del galpón´, entre la viga y la columna, será una de las que se lleve el mayor esfuerzo por un sismo, y al estar éste directamente relacionado al peso de la estructura, las fuerzas en el hombro son menores a las que tendría una estructura del mismo tamaño en otras materialidades como el hormigón o el acero”, declaró Reyes.
“Otra gran ventaja de la madera masiva y de las uniones propuestas en el anteproyecto, especialmente la unión Glued-in Rods es su alta industrialización, lo que permite mayor precisión, menores tiempos de montaje y construcción, y menor mano de obra. Aspectos relevantes en comparación al hormigón armado”, agregó.
Con estos tres proyectos ganadores del certamen se espera avanzar significativamente en el uso de la madera con tecnología e ingeniería, elementos clave para el desarrollo de una industria que aspira a mejorar su competitividad y popularidad entre los ingenieros, arquitectos y constructoras.
