Resolviendo la crisis energética mundial con edificios de madera

La urbanización y el rápido crecimiento de la población están impulsando la demanda mundial de energía. Mantenerse al día con la demanda de energía sigue siendo uno de los mayores desafíos del siglo XXI.

Se están construyendo constantemente edificios para mantener suficiente espacio para el crecimiento de la población, pero el ciclo de vida de un edificio es uno de los procesos con mayor consumo de energía en el mundo. Los edificios, los materiales de construcción y los componentes de construcción posteriores consumen casi el 40 por ciento de la demanda energética mundial.

Si bien hay muchas razones para la cantidad sustancial de energía utilizada para construir y mantener edificios, una de las principales preocupaciones ambientales surge de la fabricación de cemento, uno de los ingredientes básicos en el concreto.

Es un material utilitario utilizado en la fabricación de puentes, rascacielos y cimientos residenciales, entre muchos otros usos. Pero la industria del cemento es uno de los peores contribuyentes de la contaminación. Su producción representa aproximadamente el 5 por ciento de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2).

El problema con la construcción de concreto

Cambios en el estilo de vida y con una sociedad dividida en el espacio, la demanda de edificios nuevos y más grandes es cada vez mayor. Los edificios antiguos se derriban para dar paso a lo nuevo, y la vida útil del edificio promedio está disminuyendo. Pero muchos de los edificios que se eliminan se destruyen mucho antes de que expire su vida útil. La demolición de las estructuras de hormigón tiene sus propias complicaciones, como su tendencia a lixiviar y envenenar la capa superficial del suelo y las masas de agua.

«Los edificios son uno de los mayores consumidores de recursos globales y de toda la energía producida, y son los principales contribuyentes a los gases de efecto invernadero y los desechos sólidos».

«Los edificios son uno de los mayores consumidores de recursos globales y toda la energía producida, y son los principales contribuyentes a los gases de efecto invernadero y los desechos sólidos», explica el equipo MIT Mass Timber Design , un pequeño grupo de investigadores del MIT liderando una nueva iniciativa para cambiar el rumbo. los edificios están hechos. «[Por lo tanto] la necesidad de prototipos de construcción con inteligencia energética es más significativa que nunca».

Los nuevos materiales de construcción se desarrollan constantemente y se emplean nuevas técnicas, pero muchas instituciones, incluido el MIT, están investigando el uso de tecnologías alternativas antiguas que son más baratas, y tal vez más duraderas que las construcciones de hormigón y acero.

Construcción de edificios de madera modernos

Fueron los romanos quienes posiblemente perfeccionaron el concreto, y muchas de sus estructuras aún permanecen en pie. Mientras sus estructuras resistieron la prueba del tiempo, la receta del concreto romano,que aún permanece como uno de los materiales más fuertes creados por el hombre, finalmente se perdió cuando cayó el Imperio Romano. Luego de su colapso, el concreto se volvió escaso y fue abandonado en gran parte. No sería hasta mediados del siglo XVIII antes de que el acero y el concreto recuperaran popularidad.

Sin embargo, los ingenieros civiles y los arquitectos de hoy están invirtiendo las prácticas modernas de construcción para volver a incorporar la madera como una estructura primaria y material de construcción. Se están investigando nuevas tecnologías para reemplazar las estructuras de hormigón armado con viviendas de madera maciza. Universidades como la Universidad de Maryland y el MIT, entre otras, son pioneras en nuevas técnicas para readaptar la madera al mundo moderno.

Las estructuras de hormigón armado de acero a menudo se consideran soluciones de construcción a largo plazo. Para muchos de los que viven en viviendas enmarcadas en madera y forrados en seco, la idea de una casa que dure un siglo o más es casi inconcebible. Los edificios se derriban mucho antes, normalmente antes de que se agote su vida útil.

Muchos no planean vivir en una casa pequeña por mucho tiempo y hacen planes para actualizar a tener más espacio. La demanda de casas grandes está aumentando y, por lo tanto, se están derribando casas pequeñas para dar paso a las nuevas.

MIT’s Mass Timber Design Longhouse

Cambiar la mentalidad detrás de las construcciones de madera a corto plazo es la meta del MIT. Un grupo de investigadores de la universidad está liderando una iniciativa para investigar nuevos diseños de madera en masa, edificios de madera diseñados para ser más eficientes y más baratos que, sin embargo, sean tan duraderos como los edificios de concreto y acero.

MIT Mass Timber Design | Longhouse from Parallel Project on Vimeo.

El equipo propone la construcción de casas comunales de madera maciza, grandes casas de madera construidas con enormes piezas  de madera.

The Longhouse fue desarrollado por un equipo interdisciplinario en Mass Timber Design, un taller de diseño en MIT Architecture que explora el futuro de los edificios sostenibles en la intersección de la arquitectura y la tecnología. Los créditos del proyecto incluyen: (Investigador científico) John Klein, (Equipo de diseño e ingeniería) John Fechtel, Paul Short, Demi Fang, Andrew Brose, Hyerin Lee, Alexandre Beaudouin-Mackay.

«La madera maciza, un diseño de construcción a base de madera y la tecnología de la construcción, ha recibido atención en las últimas décadas dada su eficiencia, velocidad, precisión y versatilidad en la construcción para aplicaciones de baja a gran altura. Los edificios de madera maciza son cada vez más comunes en toda América del Norte, sobre todo debido a los beneficios ambientales de la tecnología y los posibles impactos que puede tener en la salud y restauración de los bosques de los Estados Unidos. MIT Mass Timber Design, un taller de diseño en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, ha explorado el diseño y el potencial de ingeniería de estas tecnologías y ha desarrollado un prototipo de construcción masiva de madera: The Longhouse «, explica el MIT .

Al incorporar tecnología moderna con tecnología del pasado, proponen la construcción de un edificio multipropósito de madera de alta tecnología en el campus del MIT. Mientras da un paso atrás en el tiempo, el edificio estará equipado para ser un productor de energía.

«La orientación del edificio y la profundidad y el ángulo del techo de diente de sierra se pueden ajustar para las condiciones solares locales y las necesidades de iluminación natural natural. Una baja relación de ventana a pared con un sobre altamente aislado permite una construcción energéticamente eficiente. El proyecto utiliza procesos de fabricación controlados numéricamente por computadora (CNC) para permitir un sistema modular prefabricado para un ensamblaje eficiente » , describe el equipo .

«Con el fin de lograr un gran espacio de gran altura que abarca la flexibilidad, el edificio está diseñado como una serie de arcos de chapa de madera laminada (LVL) que abarcan la dimensión más corta del edificio. Cada arco utiliza un perfil triangular de paredes delgadas para minimizar las deformaciones en la estructura y proporcionar una rigidez general al edificio «.

Por el momento, es solo una idea propuesta para abordar la epidemia de energía concreta y contaminación. Pero no están solos en su misión, muchas otras compañías y organizaciones lideran iniciativas similares para incorporar diseños de madera sostenibles como una solución de construcción a largo plazo.

Beneficios de la madera como material de construcción

La madera es liviana y fuerte, y mantiene excelentes propiedades de aislamiento sin requerir recursos adicionales. A diferencia de la madera, el concreto es un aislante pobre y requiere material adicional para mantenerlo mejor aislado.

El concreto es típicamente más costoso, pero para edificios grandes, el acero y el concreto han sido los materiales preferidos para la construcción. En los últimos tiempos, sin embargo, las nuevas tecnologías están mejorando la durabilidad de la madera, haciéndola más viable desde el punto de vista ambiental y económico que su contraparte el concreto.

Pero quizás lo más importante es que, de acuerdo con un estudio dirigido por CORRIM (Consorcio para la Investigación en Materiales Industriales Renovables), el ciclo de vida del acero y el concreto genera entre un 26% y un 31% más de emisiones de gases de efecto invernadero que la madera.

A medida que los sistemas climáticos continúan empeorando, cada vez es más vital reducir los gases de efecto invernadero. Con el movimiento y la introducción de los impuestos al carbono y otros impuestos similares a la contaminación, también pueden existir otros incentivos de ahorro para que las empresas realicen la transición.

Las construcciones de madera también pueden ser más estéticas y, cuando se cosechan adecuadamente, se consideran un recurso renovable. Sin embargo, no está exento de problemas.

El problema con los edificios de madera

La madera es reconocida por encogerse e hincharse debido a cambios en el contenido de humedad. Los efectos son notables incluso en pequeñas construcciones de viviendas residenciales. Los drywallers a menudo esperan unos días o más para que las casas recién enmarcadas se asienten antes de intentar terminar cualquier pared. Si el panel de yeso se coloca antes de que la casa se asiente, es casi seguro que se romperá, un problema que muchos aprendices y personas de bricolaje vienen a aprender.

Sin un tratamiento especial, la madera también es bastante inflamable, un rasgo indeseable especialmente cuando se consideran grandes complejos y su seguridad. La madera también es susceptible a la decoloración y al moho, sin embargo, con una intervención adecuada, el daño se puede minimizar durante cientos de años.

Por otro lado, la madera maciza es inherentemente resistente al fuego debido al efecto de carbonización del material a granel

Otros proyectos de madera en el mundo

El MIT está lejos de ser la única institución que investiga la implementación de la construcción en madera.

A principios de este año, la Universidad de Maryland inventó una «súper madera» hecha de fibras de madera y se transformó en un recurso muy fuerte.

«Es tan fuerte como el acero, pero seis veces más ligero. Se necesita 10 veces más energía para fracturar que la madera natural. Incluso se puede doblar y moldear al comienzo del proceso». dijo Teng Li, el co-líder del equipo y Samuel P. Langley Profesor asociado de ingeniería mecánica en la Escuela Clark de UMD.

Otra compañía con el nombre de Lever Architecture está finalizando un rascacielos de madera propuesto de  12 pisos en Portland, Oregon. Su diseño fue aprobado el año pasado y la compañía actualmente está en proceso de finalizar los permisos para comenzar la construcción. Cuando esté construido, será el primer rascacielos de madera de Estados Unidos.

Imagen: Lever Architecture

Sumitomo Forestry, una compañía japonesa, también planea construir un rascacielos de madera. Sin embargo, está a punto de ser el rascacielos de madera más alto del mundo , que se completará en 2041. Según la compañía, el 10 por ciento de la torre de 70 pisos sería de acero. El resto estará hecho de 180,000 metros cúbicos de madera original.

Fuente: Sumitomo Forestry

Naturalmente, hay muchas soluciones para la epidemia de energía de la construcción del siglo XXI. Si bien hay muchos materiales modernos que prometen eventualmente superar los edificios de concreto y acero, quizás el mejor paso adelante, en realidad es retroceder.

Fuente: Interesting Engineering

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