Construcción de una vivienda de madera con el sistema UBUILD

2.1. Antecedentes y aspectos generales

Una descripción rápida del sistema UBUILD sería señalar que se trata de emplear técnicas similares a las uniones de madera de la carpintería tradicional japonesa (2(2) Torashichi Sumiyoshi; Gengo Matsui. (1990). Wood joints in classical japanese architecture. Kajima Institute Publishing Co., Ltd.
) para la construcción de entramados ligeros de madera (3(3) Sherwood, G; Mody R.C. (1989). Light-Frame Wall & floor systems: Analysis and performance. Forest Products Research Society.
). Así, recurre a generar los enlaces necesarios entre las diversas piezas mediante fresado y ensamble de los diversos elementos, evitando el empleo de herrajes u otros elementos ajenos a la propia madera empleada para la construcción.

De esta forma se obtienen los elementos de madera habituales en un entramado ligero: correas, vigas y pilares, que se unen mediante ensamble directo y que sirven de soporte a tableros. Así se simplifica el montaje, que pasa a ser eso: el montaje directo de una serie de piezas que ya llegan al lugar de implantación totalmente mecanizadas y acabadas.

En contraposición a esta sencillez de montaje estará la complejidad formal de la materialización de las diversas uniones en taller, además de dotar a estas uniones de un grado de precisión elevado. Esto se logra con el empleo de tecnología de control numérico que permite la materialización precisa a partir de la información CAD/BIM previa. El empleo de esta tecnología permite racionalizar el sistema constructivo evitando que esta complejidad aparente de nudos se traduzca en sobrecostos significativos, ya que se optimiza el empleo de material, ganando en consecuencia en sostenibilidad (4(4) Bagheri, M.M.; Doudak, G. (2019). Structural characteristics of light-frame wood shear walls with various construction detailing. German National Library of Science and Technology (TIB). Elsevier.
, 5(5) Falk, R. H. (2010). Wood as a sustainable building material. In F. P. Laboratory (Ed.), Wood as an Engineering Material (Centennial, pp. 1-6). Madison (WI): Forest Products Laboratory.
).

Al estar hablando al final de un entramado ligero de madera, las limitaciones de diseño serán las propias de este sistema constructivo, ya de por sí bastante versátiles y abiertas, pudiéndose modificar según las necesidades del usuario, ya sean éstas presentes o futuras (6(6) Gerald E. Sherwood and Robert C. Stroch (1990). Wood-frame house construction. New York. Dover Publications INC.
, 7(7) Anderson, L. O. (1975). Wood-Frame House Construction. Washington (DC): U.S. Department of agricultura.
).

Normalmente la estructura base del entramado de madera tiene una modulación inicial de 124 cm de distancia entre ejes de montantes verticales o de 62 cm entre correas horizontales. Esta modulación determinará el ritmo del diseño y del proceso constructivo (8(8) Keijo, N.E. Tiusanen, (1972). Producción de casas de madera prefabricadas. Nueva York: Naciones Unidas.
) y tiene como origen las dimensiones estandarizadas de los paneles de 122x244 cm., los que se recortan con el fin de garantizar la perfecta perpendicularidad de todos los vértices, dejando la dimensión final de tablero en 120x240. Los pilares en forma de T tienen un ancho de 4cm en su interior en donde se encajan los tableros. Lo anterior conduce a la separación entre pilares de 124cm, anteriormente señalada. El uso de una modulación única simplifica el número de elementos y las uniones entre los mismos. Por otra parte esta modulación permite que las piezas resultantes puedan ser manejadas por dos o tres operarios sin necesidad de grandes medios de elevación o el empleo de herramientas complejas (9(9) INSHT. (2003). Guía Técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la Manipulación Manual de cargas. Ministerio de Trabajo e Inmigración.
). Desde este punto de vista se buscan piezas que pesen menos de 50 kg. Igualmente el empleo de piezas no excesivamente pesadas hace que las labores de montaje se simplifiquen. Ahora bien, al estar el proceso de fabricación automatizado por control numérico, no existiría ningún problema en adaptar esta modulación a necesidades concretas, o incluso emplear modulaciones distintas dentro de la misma construcción. En la Figura 1 se muestra una imagen general de los componentes estructurales básicos del sistema. En la Figura 2 se puede ver un posible despiece completo de un elemento modular. Posteriormente se describirá más en detalle el mismo.

2.2. Posibilidades de escalabilidad y versatilidad en el proceso constructivo

Esta forma de construcción permite dotar al sistema de propiedades de escalabilidad (10(10) Döner, K. et al. (2016). Bezahlbar. Gut. Wohnen.: Strategien fürerschwinglichen Wohnraum. Seiten: Jovis. ISBN 978-3-86859-432-4.
). Se entiende esta propiedad como la capacidad de acometer con la misma tecnología y proceso constructivo desde pequeñas construcciones auxiliares, a viviendas unifamiliares o cualquier otro tipo que sea necesario. En la Figura 3 se puede ver alguna de estas composiciones teóricas que permiten dar una idea de las posibilidades del sistema.

Esta escalabilidad también es aplicable a la vida útil de la construcción, pudiendo la misma ser ampliada en un futuro sin necesidad de demoler lo construido previamente. Simplemente habrá que sustituir los elementos necesarios y colocar los nuevos según las necesidades concretas. Esta propiedad también sería aplicable a la sustitución de elementos concretos que puedan haberse dañado durante la vida útil de la edificación.

El sistema no tiene por qué estar limitado a una única planta. No se puede olvidar que se trata de un entramado ligero, por lo que es perfectamente posible realizar construcciones en altura, simplemente por superposición. Será ya un problema de dimensionado estructural concreto.

Igualmente se pueden incluir otras piezas ajenas al sistema, como podrían ser elementos metálicos, vigas o pilares. Posteriormente se verá en la vivienda descrita que ésta tiene algún elemento singular ajeno al sistema propiamente dicho.

Al no haber herrajes exteriores es necesaria una precisión importante de ajuste entre piezas. El símil ya citado de la carpintería tradicional japonesa es aplicable (11(11) Muelas Peñas; M. (2015). Las viviendas de construcción industrializada desde el punto de vista de las empresas que las fabrican. Boletín de información técnica [de] AITIM, ISSN 0044-9261, Nº. 296, pp. 80-83.
). Estas técnicas de fabricación permiten un alto grado de industrialización hasta el punto en que la técnica descrita permite su embalado y transporte al lugar de implantación de una manera sencilla (12(12) Hudert, Markus & Pfeiffer, Sven. (2019). Rethinking Wood: Future Dimensions of Timber Assembly. Birkhäuser Verlag GmbH. ISBN: 978-3-0356-1689-7.
). Incluso el montaje definitivo podría ser acometido por el usuario final, ya que no van a ser necesarias herramientas sofisticadas ni conocimientos especializados. Realmente lo anterior no es novedoso, existen en el mercado múltiples fabricantes que suministran a distancia diversos tipos de construcciones, en este caso de madera, para que puedan ser montadas por el usuario final. Por otra parte, siendo realistas, cuando se habla de edificios residenciales no sólo hablamos de la propia construcción en sí. Existirán múltiples elementos como podrían ser las instalaciones o los sanitarios, en los que no es sencillo su montaje sin unos conocimientos específicos. En resumen, estas técnicas permiten un alto grado de industrialización, dejando para la fase constructiva las labores propias de montaje del entramado, sin que sean necesarias en obra herramientas específicas de carpintería, pero no pretende sustituir a los diversos oficios necesarios de nuestras construcciones, como pueden ser las instalaciones o los acabados (13(13) Torres Gutiérrez; G., Riocabo Vázquez; P. (1986). Manual de construcción para viviendas con armazón ligero de madera. Madrid: IVM.
).

2.3. Posibilidad de distintas configuraciones de los cerramientos

UBUILD está pensado inicialmente con 4 configuraciones constructivas que, básicamente, afectan a los cerramientos. Así se habla inicialmente de una configuración básica, una media, una alta y una última denominada máxima. La diferencia vendrá en la formación del propio cerramiento y de sus acabados exteriores e interiores. Posteriormente se describirán más en detalle, señalar únicamente ahora que las posibilidades de escalabilidad también son aplicables a estas configuraciones, pudiendo ir subiendo en configuración según las necesidades y capacidades presupuestas. Básicamente el paso de una configuración a una superior será añadir más elementos y no tanto sustituir los ya existentes por unos nuevos.

Existe también libertad para establecer los materiales de acabado tanto interiores como exteriores o la formación de fachadas ventiladas con cualquiera de las múltiples soluciones existentes en el mercado.

Estas propiedades, junto a las anteriormente descritas, hacen que el sistema permita acometer construcciones de índole provisional o para situaciones de emergencia, ya centrados en edificios residenciales. Esta última es una de las líneas de investigación que, en este momento, se estudia en la Universidad de A Coruña (14(14) Proyecto de investigación “Construcciones desplegables y modulares para situaciones de catástrofe humanitaria”. Ministerio de Economía y Competitividad. (BIA2016-79459-R).
).

2.4. Proceso constructivo del montaje

En la Figura 4 se describe de forma gráfica y esquemática el montaje del sistema. Se ve que se trata de la técnica habitual para la construcción de entramados ligeros. Y es que el sistema es eso: un entramado ligero, en el que se han estandarizado y mecanizado las distintas piezas con el fin de permitir que las mismas encajen con precisión en las vecinas. Esto dotará al sistema de la rigidez suficiente como para continuar con el montaje con unos medios auxiliares contenidos (15(15) Gómez L., L., Leser S., H., &Salomone R., V. (2003). El sistema constructivo plataforma (plataform frame) en Sewell. Revista de Urbanismo, 8: 145-158. doi: http://doi.org/10.5354/0717-5051.2003.5071.
).

El montaje comienza con la colocación de las vigas inferiores. Estas tienen una medida estandarizada de 120x240 mm, situadas en el sentido largo de la construcción. Estas dimensiones y otras que se señalan, se refieren a los módulos habituales. La propia naturaleza del sistema hace que puedan ser diferentes, normalmente por requerimientos estructurales. En la Figura 5 se refleja el sistema de vigas. Como se puede ver, éstas vienen con los encajes necesarios para la correas. En la imagen intermedia podemos ver 3 pequeñas muescas en la parte superior, ahí es donde encajan los montantes, que se representan en la parte superior de la imagen como “tés”. Hay un montante cada dos correas. Así, la viga mínima posee tres montantes y 5 correas. La viga se divide en tramos que se van ensamblando entre sí en función de la longitud requerida, en una solución similar a la tradicional cola de milano aunque más sofisticada. En la parte inferior de la imagen se presentan secciones transversales de estas vigas, según su situación. Los distintos resaltos que se pueden ver en la sección transversal se corresponden con los encajes de otras piezas del sistema, básicamente de los tableros de suelo, techo o cerramientos.

Se emplea madera laminada encolada GL-24 conforme a la UNE-14080:2013 (16(16) AENOR (2013). UNE-EN 14080. Estructuras de madera. Madera laminada encolada y madera maciza encolada. Requisitos. Asociación Española de Normalización (AENOR).
). Se trata para una clase de uso 3, apta para un ambiente exterior, según la denominación establecida en el CTE-SE-M (17(17) Ministerio de Fomento. (2019). Código Técnico de la Edificación. Documento Básico SE-M. Seguridad estructural Madera. (20 diciembre 2019).
). Se le aplica un doble tratamiento, primero uno fungicida-insecticida contra hongos y xilófagos y, posteriormente, un lasur al agua a base de resinas vegetales.

Puede llamar la atención la relativa complejidad de las uniones que recuerdan a la ya citada tradición japonesa de uniones de madera. Esta complejidad es la que permite posteriormente el que no sea necesario el empleo de piezas auxiliares, herrajes y, en general trabajos de carpintería fuera de taller. Recordar que lo que el sistema pretende es que, posteriormente a la fabricación, sólo queden labores de montaje. Hoy en día las máquinas robotizadas de control numérico permiten resolver de manera operativa estas secciones y uniones y al final existen pocas piezas diferentes. Esta nueva perspectiva que ofrece la tecnología al mundo de la construcción de la madera viene siendo ya señalada por muchos autores. Un buen referente puede ser Shigeru Ban (18(18) Jodidio P. (2015). Shigeru Ban: Complete Works 1985-2015. Taschen.
).

El sistema de sustentación será independiente a la madera. Normalmente se recurrirá a plots regulables sobre elementos de hormigón, aunque dependerá de las necesidades concretas de cada caso. Este tipo de construcción suele tener cargas bajas en cimentación, hasta el punto que las cargas de succión acaban condicionando ésta. Es posible también el empleo de hélices o dispositivos similares para resolver el anclaje al terreno.

Una vez colocadas las vigas inferiores, o simultáneamente a las mismas, se van encajando las correas de suelo. Como se puede ver en la Figura 6, éstas tienen una pestaña inferior para el apoyo posterior de los tableros que forman el suelo o techo. Sus dimensiones dependerán del cálculo estructural.

En este momento se colocan los montantes con sección en “te”, que se van encajando en las muescas que se veían en la Figura 5 existentes en la parte superior de las vigas. Sobre estos montantes se colocarán las vigas superiores, las cuales tendrán unas muescas donde encajan éstos. Con la colocación de unas correas de cubierta similares a las de suelo la estructura del entramado estaría completa. El suelo y techo se formará con tableros específicos tipo sándwich que encajan entre las correas.

6.1. Descripción de la edificación

La vivienda en cuestión está situada en un núcleo rural de Ramiráns (Ourense), desarrollándose la misma en una única planta sobre una plataforma pétrea. Esta plataforma se construyó con muros de mampostería granítica, a base de restos de unas construcciones ruinosas que existían en el lugar, se trata de un cierto guiño al pasado de la parcela. Esto permitía además generar un espacio entre el terreno y la propia vivienda que no sólo actúa como forjado sanitario, sino que sirve para implementar maquinaria de instalaciones. En la Figura 10 se refleja una planta y sección longitudinal de la vivienda.

Se está ante una vivienda unifamiliar de unos 130 m² de superficie, proyectada específicamente para una pareja joven y destinada a morada permanente. Se intentaron imponer desde un primer momento criterios medioambientales en su diseño, tanto en el empleo de materiales como madera y piedra, como en criterios energéticos. En este último caso se siguieron criterios Breeam ® (24(24) Breeam España. (2011). Manual Breeam vivienda 2011 v.B. A Coruña: Breeam-ITG. Recuperado de https://www.activatie.org.
). Se evitaron reproducciones formalistas mimética del entorno donde, por otra parte, tampoco existían referentes concretos que destacaran sobre el conjunto del núcleo de población.

La vivienda se desarrolla linealmente en planta rectangular, con orientación este-oeste. Se aprovecha la pendiente del terreno natural para ganar altura, rematando en vuelo sobre la propia parcela, ganando así presencia desde las inmediaciones. Para su implantación influyó así mismo la presencia de una serie de árboles cuyo corte se pretendía evitar y que quedarán integrados en la actuación. Para la formación de este vuelo se recurrió a lo que denominó la “pirámide” de madera.

Respecto al funcionamiento de la vivienda, en la zona más inmediata al terreno se desarrolla la zona de día, con amplios ventanales a un porche y por donde se tienen vistas sobre uno de los robles centenarios existentes en el lugar. A través de un pasillo situado en la fachada norte se accede a las dependencias más privadas de la casa, los tres dormitorios. El dormitorio principal posee así mismo un amplio ventanal hacia el valle. El aparcamiento se aleja de la vivienda en sí.

6.2. Composición constructiva

Siguiendo la nomenclatura de la Figura 7 descriptiva de la solución genérica del sistema, anteriormente comentada, se está ante lo que se denomina configuración alta.

Los módulos de fachadas están formados, de adentro a fuera, de un tablero DM de 15 mm con acabado interior diferente según el tipo de dependencia. Vendrá después una capa de aislamiento de 150mm de lana de roca (F1), cámara de aire y un tablero okume (F2) de 4 mm. Estos módulos se atornillan a la estructura de vigas inferior y superior, además de hacerlo a los montantes laterales. Exteriormente (F3) se dispone de una nueva cámara de aire de 30 mm y un tablero fenólico de abedul de 20 mm, igualmente fijados a la estructura principal. Por el exterior se coloca una subestructura de madera para formar la fachada trasventilada, en este caso con un tablero madera-cemento tipo Viroc ®.

La cubierta, igualmente de dentro a fuera, se compone de los siguientes elementos apoyados en las correas de techo: primero un tablero DM hidrófugo de 10mm, aislamiento de lana de roca de 150 mm, un nuevo tablero OSB de 20 mm, una cámara de aire de 30 mm y una impermeabilización mediante lámina de PVC.

Por último, el suelo tiene una acabado de tarima flotante de 10 mm sobre un tablero OSB de 20 mm. Inferiormente tiene un aislamiento de lana de roca de 150 mm y otro tablero fenólico de 10 mm. Existe una cámara de aire de dimensiones variables por la parte inferior del suelo a modo de forjado sanitario ventilado. En los locales húmedos se sustituye el suelo de tarima flotante de madera por una de PVC.

Toda la carpintería es de madera, al igual que las particiones interiores. Estas están formadas por doble tablero DM hidrófugo de 15 mm con aislamiento interior de lana de roca de 75 mm. Los revestimientos de paredes interiores son con tablero DM hidrófugo con tratamiento superficial de lasur al agua. En zonas húmedas se recurre a paneles laminados tipo Trespa ®.

Cabe mencionar que las particiones interiores se integraron en el sistema. Se formaron elementos modulares, normalmente de 116x240, aunque existen módulos especiales para adaptarse a las necesidades arquitectónicas. El módulo es simple, con una estructura de marco de pino con bastidor intermedio al que se le coloca el alma aislante y los tableros de acabado en taller. Se crean diversas piezas y lengüetas para facilitar el montaje con los mismos criterios seguidos para la creación del sistema constructivo. En la Figura 11 se muestran de manera gráfica los diversos tipos de encuentros generados para estas particiones.

6.3. Instalaciones

Se dota a la vivienda de un sistema de saneamiento propio de las aguas grises generadas. Básicamente, previa separación de grasas, se realiza un filtrado lento en un circuito de grava y raíces de plantas que acaban de desembocar en un estanque. En éste se fomentan plantas acuáticas y vida anfibia, que mantienen el agua en buen estado sin empleo de aditivos químicos.

Como sistema de calefacción se recurre a aerotermia mediante bomba de calor agua-aire y radiadores de baja temperatura. Ésta será así mismo la fuente energética para la producción de ACS.

El lugar de implantación de la vivienda, Ayuntamiento de Ramiráns, pertenece a la zona climática D2, según el CTE-HE (25(25) Ministerio de Fomento (2019). Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HE. Ahorro de Energía. (20 diciembre 2019).
). Con esta instalación se consigue una emisión de 693.5 kgCO2, inferiores a los 1345.6 kgCO2 permitidos en este caso, lo que supone una calificación energética A.

El sistema ha permitido integrar buena parte de las instalaciones en el interior del mismo, siendo además registrables. Para conseguir esto se han dejado espacios en la unión entre los distintos componentes. Por ejemplo, al apoyar el módulo interior de fachada en la viga de suelo queda un espacio entre el módulo y el tablero superior del suelo donde se pueden llevar instalaciones, lo mismo sucede con la tabiquería interior (ver Figura 12).

La unión entre módulos interiores de fachada y la existente entre tabiques no se hace directamente, hay unas piezas de unión que dejan un canal vertical para poder llevar instalaciones que luego pueden continuar por la cara superior tanto de los tabiques como de los módulos de fachada. Las instalaciones nunca atraviesan ni los módulos de tabiquería ni los de la fachada interior, siempre van alrededor de ellos. Los enchufes y mecanismos de encendido y apagado siempre se colocan entre los módulos, atornillados a las piezas de unión. La razón de ello es facilitar la movilidad de los módulos de fachada o de tabiquería interior si se desea hacer alguna modificación posterior interior o de fachada. De hecho tanto estructura como cerramientos e instalaciones trabajan en paralelo pero se ha evitado que nunca se produzcan intersecciones entre estos elementos. De esta manera se facilita la movilidad y la versatilidad de los diversos elementos.

6.4. La “pirámide”

Este elemento merece una mención especial. Ya se ha comentado que su necesidad surge de criterios arquitectónicos para ganar presencia en el lugar. Se trataba pues de integrar un elemento estructural totalmente ajeno al sistema constructivo en el mismo. No se describe más allá que las fotografías que acompañan al final de este artículo, simplemente señalar que se intentaron mantener los criterios de fabricación del sistema de tal manera que se evitaran herrajes y que el montaje siguiera los criterios ya indicados de empleo de medios contenidos.

En la Figura 13 se muestran algunas fotografías de la fase constructiva de la vivienda.