Estas estructuras de madera que se moldean solas anticipan el futuro de la arquitectura sostenible

CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN / ARQUITECTURA.

Achim Menges utiliza técnicas asistidas por ordenador destinadas a hacer los edificios más sostenibles y asequibles.

Menges considera que las características naturales y a menudo imprevisibles de la madera no son un inconveniente, sino una ventaja. David Ausserhofer.

La humanidad lleva mucho tiempo tratando de convertir la madera en algo más predecible. Los aserraderos fabrican madera a partir de árboles seleccionados por su consistencia. Sierran la madera en tamaños estándar y la secan en hornos para evitar que se tuerza, se ahueque o se agriete. Generaciones de artesanos han empleado técnicas sofisticadas, como el ensamblado a cola de milano, mediante espigas y a media madera, para evitar que la madera se deforme en las piezas finales. Sin embargo, la madera es inherentemente imprecisa. Sus vetas se invierten y se arremolinan. Sus lesiones y enfermedades se manifiestan en cicatrices y nudos.

Achim Menges, arquitecto y profesor de la Universidad de Stuttgart (Alemania), no ve estas características naturales como un inconveniente, sino como la mayor ventaja de la madera. Menges y su equipo del Instituto para el Diseño y la Construcción Computacionales (Alemania) están descubriendo nuevas formas de construir con este material mediante el diseño computacional, que se basa en algoritmos y datos para simular y predecir cómo se comportará la madera en una estructura mucho antes de construirla. Espera que este trabajo permita a los arquitectos crear edificios de madera más sostenibles y asequibles reduciendo la cantidad de madera necesaria.

Los últimos trabajos de Menges se han centrado en la creación de estructuras de madera "automoldeables", como el HygroShell, que se presentó en la Bienal de Arquitectura de Chicago (EE UU) de 2023. Construida con paneles prefabricados de un material de construcción común, conocido como madera laminada cruzada, HygroShell se transformó en un período de cinco días, desplegándose en una serie de láminas entrelazadas revestidas con escamas de madera que se extendieron para cubrir la estructura a medida que se expandía. Su forma final, diseñada como prueba de concepto, es una marquesina delicadamente arqueada que se eleva casi 10 metros, pero solo tiene un centímetro de grosor. En un vídeo grabado con intervalos de tiempo, la estructura en transformación se asemeja a un pájaro que estira las alas.

HygroShell toma su nombre de la higroscopicidad, una propiedad de la madera que hace que absorba o pierda hidratación con los cambios de humedad. Al secarse, el material se contrae y tiende a torcerse y curvarse. Tradicionalmente, los fabricantes de madera han intentado minimizar estos movimientos. Sin embargo, gracias al diseño computacional, el equipo de Menges puede predecir los cambios y estructurar el material para darle la forma deseada.

    “Desde el principio, mi objetivo era entender la computación no como algo que divide el mundo físico y el digital, sino que, por el contrario, los conecta profundamente”. Achim Menges, arquitecto y profesor de la Universidad de Stuttgart (Alemania).

El resultado es un proceso predecible y repetible que crea curvas más cerradas con menos material del que puede conseguirse con las técnicas de construcción tradicionales. Según Menges, las actuales estructuras curvas de madera contralaminada (también conocida como madera maciza) se limitan a aplicaciones personalizadas y tienen precios elevados. En cambio, el automoldeado podría ofrecer una producción a escala industrial de estructuras curvas de madera maciza por un coste mucho menor.

Para construir HygroShell, el equipo creó perfiles digitales de cientos de tablas recién aserradas utilizando datos sobre el contenido de humedad, la orientación de las vetas y otros parámetros. Estos parámetros se introdujeron en un software de modelado que predijo cómo se deformarían las tablas al secarse y simuló cómo colocarlas para conseguir la estructura deseada. A continuación, el equipo utilizó fresadoras robotizadas para crear las juntas que mantenían unidos los paneles cuando la pieza se desplegaba. "Lo que intentamos es desarrollar métodos de diseño tan sofisticados que alcancen o igualen la complejidad del material con el que trabajamos", afirma Menges.

Menges considera que el "automoldeado", como llama a su técnica, es una forma de bajo consumo energético de crear arquitecturas curvas complejas que, de otro modo, serían demasiado difíciles de construir en la mayoría de las obras. Normalmente, para hacer curvas se necesita mucho mecanizado y muchos más materiales, con un coste considerable. Al dejar que las propiedades naturales de la madera hagan el trabajo pesado y utilizar maquinaria robotizada para prefabricar las estructuras, el proceso de Menges permite una construcción en madera de paredes finas que ahorra material y dinero.

La forma, la estructura y el proceso de construcción del pabellón HygroShell de Menges se basan en datos que muestran cómo cambian los distintos materiales con el paso del tiempo. ITECH/ICD/ITKE UNIVERSITY OF STUTT.

Si se pudiesen moldear por sí mismos, los elementos curvados podrían reducir a la mitad las necesidades de material para determinados componentes estructurales de un edificio de madera de varios pisos, afirma Menges. "Se ahorraría mucho material por el mero hecho de que la curvatura añade firmeza. Por eso vemos que todo es curvo en la naturaleza".

Menges empezó su carrera a finales de la década de 1990, en una época en que los arquitectos acababan de empezar a utilizar programas informáticos potentes para diseñar edificios. Este cambio abrió nuevas posibilidades, pero a menudo esos diseños digitales chocaban con las limitaciones físicas del material, dice. Fue la tensión entre lo físico y lo digital lo que inspiró a Menges a dedicarse al diseño computacional. "Desde el principio, mi objetivo era entender la computación no como algo que divide el mundo físico y el digital, sino que, por el contrario, los conecta profundamente", afirma.

Su interés por las estructuras "automoldeables" se inspiró en las piñas que, mucho después de caer de los árboles, conservan la programación biológica para abrirse y exponer sus semillas cuando sube la temperatura. "Es un movimiento vegetal que no requiere motores ni músculos", explica Menges. "Está programado en el material". Las piñas le hicieron darse cuenta de que, al igual que los robots están programados para realizar determinadas acciones, los materiales como la madera pueden manipularse para llevar a cabo comportamientos específicos que están codificados en su ADN como respuesta a un estímulo.

Aparte del HygroShell, Menges ha utilizado técnicas de automoldeado para crear proyectos de prueba de concepto como la Torre Urbach, una estructura de madera en espiral de 45 pies (14 metros, aproximadamente) con vistas a los campos del valle de Rems, cerca de Urbach (Alemania). En lugar de utilizar procesos mecánicos de alto consumo energético que requieren maquinaria pesada, el equipo prefabricó una docena de paneles de madera curvados y automoldeables y los ensambló in situ, reduciendo así el tiempo que se tardaría de otro modo en construir una estructura de este tipo.

En 2023, su equipo colaboró con investigadores de la Universidad de Friburgo (Alemania) para crear el livMatS Biomimetic Shell, una estructura hecha con 127 piezas de madera, cada una de ellas con la forma de un panal. Menges utilizó el automoldeado para diseñar un sistema de persianas de madera impresas en 3D que se abrían y cerraban en función de los cambios de humedad. Incrustada en el armazón de madera hay una compuerta solar que se cierra cuando hace calor, dando sombra al espacio, y se abre en los meses más fríos para proporcionar calefacción solar. En comparación con un edificio de madera convencional, esta estructura tiene la mitad de impacto ambiental a lo largo de su ciclo de vida.

El trabajo de Menges llega en un momento en que la sostenibilidad de los edificios de madera maciza —aquellos con componentes estructurales de madera en lugar de acero u hormigón— está siendo objeto de escrutinio. Las preocupaciones van desde el origen de la madera hasta si la conservación de los bosques captura más carbono que su tala para la construcción, incluso si la construcción con madera reduce las emisiones de carbono en comparación con la producción de hormigón y acero. También preocupa qué ocurre con toda la madera que queda durante el proceso de tala. Los árboles son un recurso renovable, pero tardan décadas en madurar y ya están amenazados por el cambio climático. Por eso, Menges y otras personas abogan por prácticas de construcción más eficientes que no desperdicien madera.

El diseño de la Torre Urbach, un proyecto de prueba de concepto, surgió de un nuevo proceso de automoldeado por el que se curvaron sus componentes de madera. ITECH/ICD/ITKE UNIVERSITY OF STUTTGART

No obstante, los arquitectos se enfrentan a un dilema. Los edificios de madera maciza pueden construirse con menos madera, pero cuanto menos material se utiliza, más susceptible es la estructura al fuego, dice Michael Green, director de Michael Green Architecture en Vancouver (Canadá). "La forma de proteger la madera es sobreconstruirla para crear un grosor que resista cierto tiempo bajo el fuego", dice Green. Las normas dependen del tipo de edificio y de la variedad de madera utilizada, pero Green suele añadir unos 3,6 centímetros de material extra a sus estructuras por cada hora de tiempo de combustión requerido. Cuantas más personas ocupen un edificio, más tiempo tendrá que resistir el fuego y, en el caso de los edificios de madera maciza, más gruesa será la estructura de madera.

Green considera que el trabajo de Menges es una investigación pionera e importante que puede conducir a avances que influyan en la arquitectura de la madera en las próximas décadas. Sin embargo, no cree que la arquitectura automoldeable vaya a generalizarse fuera de las torres y pabellones que Menges ya ha diseñado. "No nos está enseñando tanto lo que realmente vamos a construir en los próximos cinco años, sino más bien lo que tenemos que aprender para poder desarrollar otros productos que lo favorezcan", afirma.

El livMatS Biomimetic Shell incorpora persianas de madera impresas en 3D que se abren y cierran en función de los cambios de humedad relativa. ITECH/ICD/ITKE UNIVERSITY OF STUTTGART.

Menges cree que, incluso sin la adopción generalizada de técnicas de automoldeado, el diseño computacional seguirá descubriendo nuevas formas de construir con madera. Ve un futuro en el que los nudos, torceduras y ramas de los árboles no se vean como defectos, sino como herramientas de construcción, cada una con sus propiedades únicas. "Un árbol no tiene defectos", dice. "Es una característica anatómica. Lo que tenemos que aprender es qué tipo de sistemas de construcción desarrollamos que integren estas características, y no luchar por una homogeneidad que sencillamente no existe."

Por John Wiegand.

Sitio Fuente: MIT Technology Review