HygroShell aprovecha las propiedades higroscópicas de la madera para conseguir forma y estructura. (Un material higroscópico es aquel que puede absorber y liberar humedad del ambiente). Descrito como un "sistema de construcción de madera autoconstruible", HygroShell utiliza métodos computacionales avanzados para acceder a la naturaleza inherente de la madera, que cambia de forma. Este sistema de autoformación se demuestra mediante el diseño, la construcción y la producción de un armazón ligero de gran envergadura fabricado con componentes individuales de madera curvada.
En los últimos años se ha observado un creciente interés por el uso de la madera como material de construcción, en sustitución de materiales omnipresentes con alto contenido en carbono, como el hormigón y el acero. La madera es especialmente beneficiosa para almacenar carbono durante toda la vida útil de una estructura (que puede ser de cientos de años). HygroShell explora lo que se anuncia como "un nuevo tipo de arquitectura biobasada y bioinspirada".
HygroShell fue desarrollado como pabellón de investigación por estudiantes e investigadores del programa interdisciplinar ITECH MSc y el Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) de la Universidad de Stuttgart. El pabellón se estrenó en la Bienal de Arquitectura de Chicago (que tendrá lugar del 1 de noviembre de 2023 al 11 de febrero de 2024).
HygroShell en el Centro James R. Thompson de Chicago:
Las propiedades autoformables de HygroShell
Cuando se tala por primera vez, la madera contiene un alto contenido de humedad y empieza a encogerse de forma natural a medida que se seca. Como material higromórfico, la madera responde a los cambios de humedad ambiental. HygroShell aprovecha las propiedades higromórficas de la madera construyendo láminas bicapa de capas cruzadas: una capa "activa" más gruesa con un alto contenido de humedad y una capa "restrictiva" más fina con un bajo contenido de humedad. Las láminas bicapa se curvan cuando la madera de la capa activa empieza a secarse y a encogerse.
El equipo del proyecto HygroShell empleó modelos mecánicos obtenidos analíticamente para dirigir las propiedades naturales de la madera de forma selectiva, lo que dio lugar a un método pasivo de bajo consumo energético para generar geometrías curvas. Para el equipo, la anisotropía, las características estructurales de la madera (más resistente a lo largo de la veta) y la abundancia del material lo convierten en el material perfecto para introducir el concepto de autoformación en la construcción, tanto desde el punto de vista económico como a gran escala.
Diseño computacional basado en el material
HygroShell utiliza datos que representan las variaciones naturales de los materiales de la madera para determinar la forma, la estructura y el proceso de fabricación. El equipo del proyecto desarrolló un flujo de trabajo computacional personalizado para garantizar el suministro de información precisa sobre los materiales a lo largo del proceso de diseño y fabricación. Este enfoque tuvo en cuenta una serie de factores que influyen en el proceso general de conformado y la estructura final, como la orientación de las vetas y el contenido de humedad de la madera.
El proceso de fabricación comienza con el aserrado de troncos de abeto y el mantenimiento de un alto grado de humedad. Se recopila información sobre cada tabla, incluido el contenido de humedad y la orientación de las vetas. Los detalles se añaden a un modelo de datos digital que proporciona información sobre las propiedades físicas y mecánicas de cada tabla. A continuación, se asigna a los tableros un "potencial de curvatura" en función de su contenido de humedad.
Prefabricación de nueva generación
El aspecto definitorio de HygroShell se describe como "la capacidad de integrar la forma física, la estructura, los detalles de conexión, la impermeabilización y el revestimiento en la prefabricación basada en capas planas". A diferencia de los métodos tradicionales de prefabricación, no se limita a paneles estandarizados.
Un resumen del proceso de prefabricación de HygroShell:
Se diseñan capas dobles de madera de 10 x 3 metros para prefabricarlas tumbadas sobre una mesa.
La curvatura se programa mediante el flujo de trabajo informático personalizado. En la capa activa se colocan tablas de madera de abeto de 20 milímetros de grosor con un alto contenido de humedad, que se encolan a finas capas de contrachapado de pino de 4 milímetros mediante un adhesivo de poliuretano y una combinación de prensado con tacos franceses y laminado al vacío.
En el entorno controlado del taller se añade una capa impermeable y tejas de madera en forma de rombo (tradicionales en el sur de Alemania). Actuando como escamas, se ajustan a la curvatura de la superficie manteniendo la protección contra la intemperie.
El uso de fabricación y montaje planos facilita el proceso de fabricación sin limitar las prestaciones geométricas posteriores. La configuración compacta de los paquetes también minimiza los volúmenes de transporte.
Autoformable y sostenible
Una vez in situ, los envases se colocan en posición vertical. Al secarse al aire en un entorno no acondicionado, cambian de forma, de plana a curvada. Para hacer frente al impacto de la humedad natural y los cambios estacionales, el equipo del proyecto desarrolló un método ciberfísico de control de la curvatura y el contenido de humedad mediante una combinación de escaneado láser iterativo y sensores IMU integrados. Cuando cada componente alcanza su forma final, se fija con tornillos y se lamina una capa de contrachapado de cuatro milímetros en el interior de las bicapas curvadas, lo que fija la forma en su sitio y aumenta su estabilidad.
HygroShell se diseñó como una estructura de cubierta de gran envergadura. Tiene una envergadura de 9,5 metros con bóvedas en forma de arco que descansan sobre tres soportes articulados. La profundidad estructural es de 28 milímetros. El equipo del proyecto explica que, en lugar de utilizar masa como refuerzo, el "sistema ligero de HygroShell genera su rigidez mediante la curvatura de la superficie y las intersecciones curvas".
Al evitar las técnicas convencionales de secado de la madera, HygroShell es un ejemplo de construcción sostenible y de bajo impacto. Además, el equipo del proyecto señala que el autoencofrado elimina la necesidad de encofrado y puede facilitar el uso de maquinaria industrial compleja en las obras.
A modo de prueba de concepto, HygroShell demuestra las posibilidades de un sistema de construcción en madera ligero y autoformable que simplifica la construcción de estructuras de superficies curvas de gran envergadura.
Este artículo se basa en un informe detallado sobre HygroShell elaborado por la Universidad de Stuttgart.
