Computing simulation of box framed timber beams

A través de Fortissimo 2, en Maderas Besteiro estamos realizando el estudio de un novedoso diseño estructural de madera, en colaboración con la empresa Gompute S.L., la cual nos da el acceso a la tecnología de alta computación (HPC) necesaria para este estudio, y con la Escuela Politécnica Superior de Lugo (USC), que nos proporciona amplia y demostrada experiencia en el cálculo estructural de madera y modelización a través de programas de simulación basados en FEM (Finite Element Method).

El alcance de este experimento es introducir una solución alternativa a los productos estructurales de madera que se están imponiendo actualmente en el mercado europeo. El objetivo es validar y optimizar el diseño estructural de un sistema conformado por vigas cajón de altas, cualidades estéticas y funcionales, realizado con madera de eucalipto. A través de un análisis mecánico, térmico, de fluídos y de vibración, se simulará la capacidad resistente de este sistema sometido a diferentes condiciones de carga, el efecto del fuego en la estructura portante y la incidencia de algunos de los diversos elementos que pueden ser añadidos en el interior de estos cajones (aislamiento térmico y/o acústico, instalaciones sanitarias, elétricas o de calefacción por suelo radiante). De esta manera, conseguiremos conocer las propiedades más adecuadas para desarrollar un producto con espesores y cualidades competitivas en comparación con otros sistemas.

La especie con la que se va a trabajar es una madera de frondosa, eucalipto blanco o común Eucalyptus Globulus“, con la que se pretende el aprovechamiento de una materia prima muy abundante en Galicia, y que es poco utilizada para fines estructurales, pero que se conoce que posee unas grandes cualidades estéticas y mecánicas aprovechables para el sector de la construcción.

Principales objetivos del experimento

Este proyecto se ha enfocado a generar un análisis experimental y teórico para conseguir un producto ecológico de alta calidad. A través de la simulación realizada con tecnología HPC y la utilización de un software específico, conoceremos con antelación las propiedades mecánicas y dinámicas de un elemento rígido expuesto a vibraciones y comportamiento tensional alto. También estudiaremos las características geométricas y de diseño más adecuadas para conseguir una solución con prestaciones superiores a otros productos estructurales de madera.

Se espera alcanzar los siguientes aspectos:

  1. a) Obtener un modelo teórico de una solución prefabricada de tipo cajón, de grandes prestaciones, capaz de cubrir pequeñas y grandes luces, y que reúne todos los requerimientos técnicos necesarios de aislamiento térmico, acústico y de resistencia al fuego, en el menor número de capas necesarias.
  2. b) Conseguir un sistema altamente industrializado de construcción seca y ligera, reduciendo hasta un 60% el tiempo de ejecución en obra con respecto al sistema tradicional de construcción y minimizando el número de imprevistos durante el montaje de la estructura.
  3. c) Reducir la huella ecológica en el sector de la construcción, utilizando materia prima local en la estructura, minimizando el consumo energético de producción y puesta en obra en comparación con sistemas análogos en hormigón o acero.
  4. d) Introducir la simulación como parte del diseño y cálculo de futuros productos estructurales de madera. Obtener acceso a un software especializado y a nuevas herramientas de trabajo a través de la utilización de nuevas tecnologías.
  5. e) Impulsar la transformación del eucalipto para aplicaciones estructurales de gran calidad, descentralizando y diversificando las aplicaciones de esta especie, que actualmente están centralizadas únicamente en la trituración para la industria de la celulosa.

Resultados esperados del experimento

  1. a) Diseño de al menos un prototipo de sistema estructural en cajón, con madera de eucalipto local, de calidad y acorde con las tendencias de construcción ecológicas actuales.
  2. b) Obtener un documento para dimensionado directo del sistema estructural a través de un gráfico que relacione un rango de cargas aplicadas posibles y longitudes máximas de luz. Los resultados de las deformaciones máximas quedan recogidos en un documento técnico, con la descripción de las propiedades físicas y geométricas del elemento.
  3. c) Desarrollar un documento técnico que recoge las propiedades térmicas, acústicas y de resistencia al fuego de acuerdo con la normativa de aplicación española.
  4. d) Desarrollar un documento específico que recoja varios detalles constructivos para un sistema de cubierta y forjado, con productos 100% naturales, obteniendo un producto final totalmente ecológico.
  5. e) Adquirir la experiencia y conocimiento en el diseño, cálculo y generación de modelos numéricos, durante 18 meses, a través de un software de simulación.
  6. f) Maximizar el impacto de Maderas Besteiro en el mercado Europeo a través del mercado de la plataforma Fortissimo (http://www.fortissimo-project.eu/), y su marcado reconocimiento europeo.
  7. g) Poner en el mercado un producto estructural diseñado con Eucalipto, una madera local muy abundante, de crecimiento rápido e importante en la región Noroeste Ibérica.

La madera está encontrando un nuevo lugar gracias a la industrialización de los productos y a las nuevas tecnologías que permiten reducir tiempos de construcción y conseguir resultados con mayor economía, precisión, calidad y control. El camino es investigar en esta línea, ofreciendo innovación en el ámbito de los productos estructurales en madera. Con este proyecto, avanzamos hacia mercados europeos dentro de la construcción e ingeniería de la madera, buscando convertirnos en una industria de transformación de la madera competitiva, moderna y con posibilidades de desarrollo internacional.

Elisa Otero

Project Manager Fortissimo 2