Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Arquitectura
Laboratorio de Entornos Sostenibles
La utilización del CLT como material de
construcción en la Ciudad de México
Tesis para Obtener el Título de Arquitecto
Presenta:
Luis Rivera Clayton
Asesores: Dra. Adriana Lira, Arq. Naoki Solano y Arq.
Marcos Ontiveros
Luis Rivera Clayton
Ciudad Universitaria, 2022
Índice
Resumen
Introducción
1. Madera: propiedades y su utilización en la construcción
2. Cross Laminated Timer CLT: estructuras y características
3. Concreto armado
4. Proyecto Álamos
Conclusiones
Referencias
Resumen
Desde diversos sectores hay una necesidad de tomar acciones para detener y revertir el cambio
climático. La construcción representa el 37% de las emisiones de carbono en el mundo, aunado a
que la producción de una tonelada de cemento, componente del material principal utilizado en
las construcciones, emite una tonelada de CO2. Lo anterior sugiere el impacto negativo de las
construcciones de concreto en el medio ambiente, a pesar de ello, el 80% del cemento que se
produce en México está destinado a la construcción, ilustrando una dinámica de edificación
incompatible con la sostenibilidad ambiental.
Este trabajo presenta en una primera parte una alternativa de materia prima para
construcción: la madera. Para explorar en una segunda parte las innovaciones en términos de
productos madereros ingenieriles para la construcción, haciendo enfásis en el material
denominado Cross Laminated Timber (CLT) o madera laminada cruzada.
La tercera parte del trabajo narra el caso de estudio de un edificio multifamiliar en la
colonia Álamos, donde se incorpora en medida de lo posible el CLT a su construcción. Para
determinar la viabilidad ambiental del uso de CLT en contraste con el concreto, se hace un
estudio de propiedades térmicas entre ambos con el fin de determinar de forma cuantitativa qué
material implica una menor emisión de gases de efecto invernadero y con ello implementar
nuevas formas de construir en una zona con tantas complejidades ambientales como lo es la
Ciudad de México.
Introducción
Enfrentar la crisis climática requiere de estrategias desde los ámbitos sociales, económicos,
políticos, alimenticios, de construcción, etc. Éste último, la construcción, representa el 37% de
las emisiones de carbono en el mundo (WEF, 2022). Actualmente la ingeniería, arquitectura y
demás disciplinas, han estudiado el tema, generando así conocimiento sobre prácticas que
ayudan a reducir el impacto negativo de las edificaciones en términos medio ambientales y de
salud.
La Ley de Vivienda de la Ciudad de México (2017) establece en el artículo 3, inciso VII
de la primera sección, el derecho a una vivienda que cumpla con soluciones arquitectónicas,
urbanísticas y medioambientales. Así mismo, la misma Ley expresa en su sección VII, artículo
24, inciso III; que es materia de los acuerdos entre sectores sociales y privados desarrollar,
aplicar y evaluar técnicas que propicien, preserven y cuiden el medio ambiente. Mientras que en
el Capítulo II, Art. 28, inciso XII expresa que los desarrolladores de vivienda deben garantizar el
cumplimiento de lineamientos en materia de vida ambiente, los cuales incluye la edificación con
técnicas ecológicas, sostenibles y que hagan un uso eficiente de los recursos naturales. Es por
ello por lo que evaluar métodos más amigables con el medio ambiente no es solo necesario dado
el contexto climático, sino que también entra en el marco normativo del desarrollo de vivienda
en la Ciudad de México.
Así mismo el incremento poblacional de la Ciudad de México como centro social,
cultural, empresarial, gubernamental y financiero del país; ha dado pie a que haya una alta
densidad poblacional en la ciudad, por lo que encontrar soluciones de vivienda es indispensable a
corto y largo plazo para garantizar vivienda, centros de trabajo y esparcimiento más saludables y
que generen un menor impacto ambiental negativo.
Este trabajo analiza el impacto ambiental de un edificio de departamentos en la Ciudad de
México, el cual fue construido en su mayoría con madera laminada cruzada (CLT 1 por sus siglas
en inglés), con el fin de demostrar que el uso de este material genera menores emisiones de
carbono que una edificación construida con concreto laminado, además de brindar condiciones
térmicas más favorables para la salud de quienes habitan la vivienda. El objetivo del texto es
demostrar de manera teórica y técnica la viabilidad de una construcción compuesta en su
mayoría con CLT, demostrando así que hay formas de construir que generan menores emisiones
de CO2.
En un primer capítulo se introduce la madera como recurso natural y material para la
construcción, así como sus propiedades. En un segunda capítulo se aborda el producto ingenieril
denominado CLT, sus características, así como los diversos usos que se le puede dar dentro de
una construcción. Por último, se presentan las condiciones reales de una construcción donde
predomina como material el CLT, con el fin de contrastar las emisiones de CO2 en un edificio
donde se predomina el CLT como material, en comparación con una edificación donde sobresale
el concreto armado. Se espera que la última sección de este trabajo sirva como bitácora y punto
de referencia para desarrolladores inmobiliarios que pretenden construir edificios más amigables
con el medio ambiente.
¿Qué beneficios tendrá la aplicación de CLT para la construcción de un edificio habitacional
multifamiliar en la Ciudad de México comparado a los sistemas constructivos actuales?
¿Qué ventajas ambientales, técnicas, constructivas específicas tiene un edificio de CLT sobre un
edificio de concreto y acero?
1
Cross laminated timber.
Hipótesis
Se espera una disminución en el carbono embebido de un edificio de CLT en comparación a un
edificio de concreto armado.
Se espera que un edifico en la Ciudad de México construido en madera aproveche las propiedades
de masa térmica aplicadas a una tipología de vivienda.
Objetivos generales y particulares

Analizar los beneficios ambientales y técnicos del uso de CLT en un edificio de
departamentos en la Ciudad de México.

Particulares:
Describir el sistema constructivo adaptándolo a la Ciudad de México.

Investigar valores de conductividad térmica del CLT y los materiales utilizados en una
construcción de concreto y mampostería.

Determinar los valores de conductancia térmica en los elementos de envolvente (muros y
losas) de CLT y concreto.

Calcular el carbono embebido de una sección del edificio en CLT y concreto.

Aplicar el sistema a un edificio de departamentos en la Colonia Álamos en la Ciudad de
México.

Comparar los resultados obtenidos.
Justificación
Desde la revolución industrial, los niveles de emisiones de CO2 al ambiente se han incrementado
de manera radical en un tiempo corto respecto a la existencia del planeta Tierra. Esto trae consigo
una serie de consecuencias, algunas inevitables, como el incremento de la temperatura del planeta
que pronto significará un ambiente inhabitable o dónde la vida no será como la conocemos.
El sector de la construcción es uno de los que más contaminan a nivel mundial, detrás de la
industria de la producción de energía, agricultura, transporte y moda. En el siglo XIX cuando se
inventó el concreto armado y se comenzó a utilizar el acero que dio pie a grandes construcciones
que nunca se habían visto, se dispararon los indicadores de contaminación por la industria de la
construcción, con los problemas de hoy en día, es urgente disminuir estas emisiones o según sea
el caso, encontrar una alternativa. (Dangel, 2016)
La madera ha estado presente en estructuras de edificaciones desde hace siglos y en algunas partes
del mundo se sigue utilizando. Cuando surge el concreto armado y el acero que lograron estructuras
que no eran posibles con madera, se dejó de alguna manera a un lado ya que no cumplía con las
características para satisfacer las necesidades de la construcción en ese momento. (Farrelly, 2009)
Por un lado, la madera tiene grandes beneficios en cuestiones ambientales, ya que es un recurso
natural, renovable y que, además, encapsula carbono, uno de los gases más presentes en la
atmosfera y que es necesario disminuir. Entre muchos otros beneficios que se describirán más
adelante, la madera tiene la capacidad de dar un giro a estas emisiones.
Es por esto que esta investigación es importante para poder determinar si la madera brinda distintos
beneficios y poder implementarla en nuestras edificaciones para hacer un cambio positivo hacía la
vida del futuro.
En años recientes, a través de investigaciones y métodos ingenieriles, se han inventado diversos
productos que logran las expectativas de hoy en día en cuanto a estructuras, entre ellas el CLT.
Se busca que estos métodos puedan ser aplicados en México para aprovechar sus beneficios y
lograr un cambio positivo en el futuro de la construcción, beneficiando al ambiente reduciendo las
emisiones de carbono, aprovechando las cualidades de peso bajo para reducir materiales híbridos
como cimentaciones de concreto, reduciendo así mismo el carbono embebido de la construcción.
1. Madera: propiedades y su utilización en la construcción.
La madera es un material de construcción altamente sustentable ya que los árboles almacenan
CO2 que más adelante, a través de la fotosíntesis, expulsan como oxígeno (Dangel, 2016). Se
dice que los árboles tienen una huella de carbono neutral ya que, si el árbol se quema o
descompone, su emisión de CO2 será igual a la que absorbió en vida, dando un total de cero.
Cuatro billones de hectáreas en la tierra son bosques, lo que representa 30% del total de
la superficie de la Tierra (Dangel, 2016). Según la Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura (FAO 2 por sus siglas en inglés), desde 1990 se han perdido 420
millones de hectáreas de bosques a nivel mundial, sin embargo, este el ritmo de esta pérdida de
los bosques se ha reducido en los últimos decenios, tanto por el crecimiento natural de los
bosques como de la plantación de nuevos bosques, este último método también llamado
regeneración de bosques, representa 123 millones de hectáreas (FAO, 2020). La regeneración de
bosques se refiere a que los árboles jóvenes se talan para obtener productos derivados de la
madera como celulosa, madera, trazas de madera, etc. para después “reponerlos” a través de la
siembra de nuevos árboles de rápido crecimiento (normalmente basan su crecimiento en la
exposición directa al sol3).
2
Food and Agriculture Organization.
Este tipo de árboles se siembran alejados de bosques con árboles “viejos” ya que los árboles antiguos tienden a ser
muy frondosos, bloqueando del sol a los árboles más jóvenes, entorpeciendo su crecimiento que depende en gran
medida de los rayos del sol.
3
En el mapa siguiente se muestran la distribución de los bosques en el mundo.
Imagen X: Bosques del mundo.
Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2010.
Como se muestra en la figura X, los recursos forestales son abundantes, por lo que la madera ha
sido un material utilizado como combustible, herramienta, decoración, materia prima, etc. Los
productos ingenieriles derivados de la madera, son aquellos que implican el uso de madera que
proviene de árboles jóvenes, algunos de ellos son:
-Tableros de fibra orientada (OSB): obtenidos de madera de abedul, haya, álamo y pino; el OSB
es un material rígido y fuerte, sin embargo, este material suele tener un alto costo dadas las
especificaciones en cuanto a su tamaño y calidad (Dangel, 2016). La imagen siguiente ilustra
como se ve este material.
Imagen X. OSB
Fuente: Dangel, 2016.
-Madera laminada encolada (GLULAM): es considerado uno de los productos ingenieriles más
antiguos, usada desde finales del siglo XIX, la generación de este producto es intensivo en mano
de obra dado que necesita de ensamblaje, lijadura, pegado y cortado. Su producción suele ser
costosa, aunque hay producción en masa con menores costos (Dangel, 2016). La imagen
siguiente muestra cómo se ve el producto.
Imagen X. GLULAM
Fuente: Dangel, 2016.
-Madera de chapa laminada (LVL): ensamblado de pino, abeto, álamo y otro tipo de maderas; es
un producto que se une a base de calor y presión en lajas de tamaños diversos, según su uso,
dado el tratamiento dado a este material, también puede repeles insectos u hongos (Dangel,
2016). En la imagen siguiente se aprecia cómo se ve este producto.
Imagen X. LVL
Fuente: Dangel, 2016.
-Madera contralaminada/madera laminada cruzada (CLT): obtenido de coníferas y árboles
caducifolios, es una estructura de hojas de madera con un grosor de 20 a 60 milímetros
(Borgström y Fröbel, 2019). En el capítulo quinto de este trabajo se aborda a mayor profundidad
sus propiedades.
Los materiales antes citados son populares en las construcciones europeas, como lo
señala (Dangel, 2016), sin embargo, es un material que se importa desde Norte América
(congruente con las condiciones geográficas mostradas en la imagen X “Bosques del Mundo”,
donse se aprecia que la abundancia de bosques se encuentra en dicha región. La movilidad de la
materia prima de América del Norte hacia Europa, implica una huella ambiental importante
dadas las distancias, además, a largo plazo podría resultar en presiones productivas por una alta
demanda, si se comercia un alto volumen de materia prima, quizá algunos bosques naturales
donde predominan árboles viejos cuyo crecimiento implicó una alta absorción de CO2, sean
remplazados por bosques renovables, que están destinados a su continua explotación,
impactando también a la flora y fauna dependiente de árboles propios de bosques naturales.
Si bien los bosques renovables tienen árboles “jóvenes”, es importante señalar que tardan
desde 10 hasta 50 años en ser útiles para “cosechar” como fuente de materias primas, a su vez,
la repetida explotación de árboles “jóvenes” puede ocasionar erosión en el suelo, mermando la
productividad de los bosques (Dangel, 2016). Sin embargo, también hay que tomar en cuenta que
una vez “cosechados” estos árboles también se obtienen bienes que no tienen que ver con los
productos ingenieriles madereros como frutos, celulosa, semillas, hongos comestibles, especies,
melazas, etc. Por lo que el talado de estos árboles jóvenes sigue siendo clave en diversas
industrias.
El simple hecho de hablar de “productos” nos aleja de la concepción de los beneficios del
uso de productos maderables, ya que, en algunos países en desarrollo, de desarrollo medio o
donde predominan los commodities, la tala de árboles también es fuente de combustibles para
cocinar (a través de hornos de leña), mantener la temperatura en el invierno (estufas o
calentadores de leña). Es decir que su aprovechamiento va desde lo básico hasta lo complejo, con
desarrollo arquitectónicos e ingenieriles innovadores. Es necesario reiterar que el uso de madera
como materia prima, es una forma de producir con bajas emisiones ya que la madera empleada
en los bienes seguirá conteniendo gases de CO2 y manteniéndolos fuera de la atmosfera donde
habitamos.
A partir de lo anterior, se infiere que la madera es un material de construcción viable por
sus propiedades sostenibles en términos ecológicos, así como por su resistencia. En este sentido,
si se analizan las propiedades de la madera y sus derivados, es necesario hablar de la
conductividad térmica. En la literatura sobre las propiedades térmicas de la madera, hay diversos
puntos de vista. Por un lado, se aborda la conductividad térmica del material en términos de
seguridad ya que la madera es un producto altamente flamable, sin embargo, estudios como el de
Tenwolde, McNatt y Krahn (1988) indican que la madera contrachapada, es decir aquella
formada por distintas capas de madera y que añade pegamentos y/o presión, es un producto con
menor conducción térmica que la madera sólida. Mientras que Li, Lattimer y Case (2021)
extienden al análisis térmico a la pérdida de propiedades estructurales de la madera que es
sometida a diversas temperaturas, refiriéndose a un degrade paulatino que afecta las condiciones
térmicas de la construcción. Este par de trabajos concluyen que las propiedades térmicas de la
madera y sus derivados, dependen en gran medida a factores como la humedad específica de la
madera así como de los aditivos usados en su fabricación (como pegamentos o espacio entre las
partículas de la madera si esta fue comprimida).
Para el caso mexicano, un análisis de de la Cruz et al(2018) analizan la madera de la zona
de El Salto en Durango, hallando que las especies recomendadas para construcción 4 por su alta
durabilidad son las maderas obtenidas de las especies juniperus deppeana, pinus cooperi y pinus
durangensis.
Imagen X. Bosque de El Salto, Durango
Fuente: Fotografía de Sergio Tapia para El Universal.
4
medidas con el Estándar Europeo EN 305-1.
2. Cross Laminated Timer CLT
Cross Laminated Timer CLT
Dadas las tendencias entre arquitectos, ingenieros, diseñadores y otras profesiones relacionadas
con la construcción, donde se tomó en cuenta el concreto y acero como símbolos de modernidad,
la madera se fue olvidando poco a poco (Dangel, 2016), sin embargo, el CLT es un producto que
se popularizó de nuevo en Europa a principio de la década de los 90 (Laguarda Mallo, M. F. y
Espinoza, O., 2015), el CLT es un invento ingenieril cuya base es madera jóven. Se ha descubierto
la utilización de este material en construcciones de la antigua China, es decir que la madera como
material de construcción data de hace más de tres milenios.
Por CLT nos referimos a las siglas que en inglés significan cross laminated timber, en
español “madera laminada cruzada”, el cual es un panel compuesto de tiras de madera cruzada
contrapuestas en diferentes capas para formar elementos estructurales como muros y entrepisos.
(Borgström & Fröbel, 2019).
Es importante precisar que las propiedades del CLT dependen de la región de donde fue
extraída la madera y del tipo de árbol del que se obtiene el material.
El cambio de tendencia de construcción con concreto hacía la construcción basada en
madera con productos ingenieriles como el CLT no es fácil dado el contexto mexicano, ya que
las cementeras son una industria clave en la economía mexicana, desde la instauración de
“Cementos Hidalgo” en 1905, la industria cementera ha ido en expansión, convirtiéndose en
transnacional (Fry, 2013). El cemento ha sido clave en la construcción mexicana desde la época
posrevolucionaria, actualmente alrededor del 80% del cemento producido en México va dirigido
a la construcción de viviendas y 50% de dicha producción de vivienda se da en la informalidad
(Fry, 2013).
En el primer capítulo de este trabajo (Madera: propiedades y su utilización en la
construcción) se enlistaron las bondades ecológicas de la implementación de madera como
material de construcción, la evidencia de trabajos como el de Liu et al (2016), demuestran los
beneficios del uso del CLT en contraste con edificios construidos enteramente con concreto. Los
autores analizan el caso de dos edificios en China, encontrando que estas dos construcciones
hechas de CLT tienen un gasto de energía del 32.3 al 36.4% y emiten 45% menos CO2 5 que un
edificio de concreto.
2.1 CLT desde una perspectiva ecológica
Los bosques en diferentes partes del mundo son manejados de acuerdo a principios sustentables
para evitar problemas como deforestación o afectar a la fauna que viva ahí, por esta razón usar la
madera como material de construcción es un beneficio enorme al medio ambiente, renovando
bosques y encapsulando carbono en la estructura de la madera, para convertir nuestros edificios en
depósitos de carbono.
Construir con madera es positivo para el ambiente, cualquier oportunidad para minimizar el
impacto de la construcción en el medio ambiente se debe de tomar, considerando la fase de
producción de los materiales, obra y funcionamiento del edificio.
Un estudio hecho en Europa indicó las cantidades de kgCO2eq/m2 que emite un edificio de cuatro
niveles con diferentes materiales para las estructuras, una de ellas CLT y otra de concreto,
resultando en la siguiente tabla.
5
Estimaciones bajo el supuesto de que el CLT será reciclado al final de su vida útil en la construcción.
(Borgström & Fröbel, 2019)
2.2 CLT en estructuras
El CLT es excelente para todo tipo de estructuras, ya que puede ser trabajado para adaptarse a
muchas formas y cargarlas con éxito. Su composición de laminas de madera cruzadas reduce las
variaciones y defectos de la madera que se pudieran presentar cuando se usan piezas únicas de
madera, la resistencia que tiene este material proviene en su mayoría de la contraposición de las
tablas de madera. Diferentes pruebas de laboratorio se realizan para asegurar que la madera resista
la carga, ya que todo el producto se fabrica en un taller y se transporta al sitio para su colocación,
estas pruebas se hacen con menor dificultad e incluso pueden ser específicas para una edificación
en particular.
Al diseñar estructuras con CLT se pueden tomar las siguientes recomendaciones para asegurar una
mejor estructura:
-
El panel se deberá considerar como un sólido que se comporta diferente dependiendo de
en cual de sus ejes se aplique la carga, en este caso tenemos tres.
-
El CLT puede ser sometido a carga perpendiculares a la dirección de su colocación siempre
y cuando sean correctamente calculadas, sin necesidad de apoyos como vigas o columnas
intermedias, contrario a esto se deberá reforzar con algún otro elemento estructural.
-
Excentricidad y torsión como en otros materiales, debe ser evitado, las estructuras que
tengan uniones en tres sentidos siempre serán más seguras.
2.3 CLT como muro
Los muros frecuentemente son parte de la estructura portante de edificios o simplemente su usan
para proteger o dividir, el CLT funciona para ambos casos, con muros de grosor desde 60mm hasta
300mm y su tamaño depende de la capacidad que tenga el fabricante o el transportista. Estos muros
pueden ser únicamente de CLT o pueden tener algún aislante o acabado, incluir vanos desde fabrica
para puertas o ventanas. (Borgström & Fröbel, 2019)
El calculista indica cuanto deberá cargar cada muro de CLT, sin embargo, para edificios de tres a
cuatro niveles, los muros son capaces de soportar la carga.
Los muros exteriores además de transmitir cargas verticales, se encargan de soportar las cargas
horizontales o accidentales como viento, aislar condiciones de clima al exterior y proteger de la
incidencia solar, es por esto que es común que los muros exteriores tengan más componentes o
recubrimientos.
Estos recubrimientos normalmente son para efectos de protección de viento, fuego, humedad o
calor.
Imagen X: Ejemplo de composición de muro de CLT, se puede observar cómo el panel del material
es recubierto por diferentes materiales con diferentes propósitos.
Algo que es una gran ventaja del CLT, como se mencionó anteriormente es la capacidad de ser
prefabricado, transportándolo a obra listo para ser montado, incluso con ventanas, instalaciones y
acabados.
Los muros interiores, más sencillos, pueden existir sin necesidad de recubrimientos, esto
dependerá de las necesidades de cada edificio, sin embargo los muros divisorios de CLT que no
cargan estructura, pueden aislar diferentes espacios acústicamente, brindar mayor protección al
fuego e incluso en baños pueden proteger los demás cuartos de la humedad con los recubrimientos
adecuados.
Los muros de CLT se calculan considerando que estos tomarán toda la carga del edificio e incluso
soportar movimientos y efectos de cortante y no por elementos secundarios estructurales, esto
significa que la estructura será más sencilla.
Para brindar mayor rigidez al muro, el diseño de la planta del edificio es fundamental para lograr
rigidizar el edificio, por ejemplo, los muros deberán cruzarse para soportar cargas accidentales por
sismo o viento, el CLT por si mismo es bastante rígido.
Imagen X: Diagrama de acomodo de panel de CLT en planta para brindar rigidez al mismo tiempo
que se delimitan los espacios.
La morfología de capas cruzadas proporciona altas propiedades estructurales a los miembros de
CLT, que pueden competir con otros materiales estructurales más tradicionales adoptados para
medios y edificios de gran altura. Las principales ventajas de los paneles CLT se refieren a las
características estructurales, aspectos térmicos y sostenibles, como se resume en lo siguiente:
• En relación con su propio peso, los paneles CLT tienen una mayor capacidad de carga
que la mayoría de los otros materiales de construcción: esto significa que los edificios de gran
altura pueden ser construidos con masas reducidas.
• La naturaleza de capas cruzadas proporciona capacidad de carga en el plano y fuera del plano
y se puede utilizar tanto para muros de corte verticales (membranas) como para pisos (placas), así
como para otras aplicaciones estructurales (puentes, estadios deportivos, elementos curvos, etc.).
• Alta resistencia y rigidez en el plano, incluso si se diferencia entre los longitudinales
y direcciones transversales del panel.
• Buena estabilidad dimensional frente a variaciones de humedad: las capas cruzadas reducen la
fenómenos de contracción e hinchamiento con respecto a otros productos derivados de la madera.
• Excelente eficiencia energética y capacidad de almacenamiento de humedad y energía térmica.
• Material de construcción ecológico, reciclable y renovable con larga vida útil
(si está correctamente protegido contra la humedad).
• La trabajabilidad, la esbeltez y los diferentes tamaños no limitan el diseño arquitectónico.
2.4 CLT como entrepiso
Su comportamiento como entrepiso es favorable ya que por sí mismo pueden transmitir la carga a
elementos verticales sin necesidad de apoyos como vigas, como se muestra en el siguiente ejemplo,
funcionando a algo similar a una losa maciza de concreto, pero de menor peso.
Este principio se asimila a la construcción de una maqueta arquitectónica, utilizando el mismo
material para muros y entrepisos, únicamente uniéndolos, estructurándose a si mismo.
Las instalaciones siendo una parte importante de un edificio, normalmente afectan la estructura,
por ejemplo, cuando se tienen que pasar estas por elementos importantes estructurales en
estructuras de concreto hay que buscar otra alternativa o modificar la estructura para poder hacerlo.
En el caso del CLT esto no es necesario ya que hasta con orificios grandes, tiene la capacidad de
distribuir la carga de manera uniforme sin algún tipo de refuerzo extra.
Paneles que se utilizan en muros generalmente tiene una buena capacidad para resistir cargas, un
panel de 80mm de ancho puede resistir cargas de 100kN/m viendo la carga como una carga
distribuida uniformemente. (Borgström & Fröbel, 2019)
2.5 Características físicas del CLT
Usualmente el CLT se compone de tres capas mínimo y máximo siete capas, siempre utilizando
números nones. Este principio nos da un componente suficientemente rígido para resistir cargas
de cortante en el mismo panel. Las dimensiones máximas comunes del CLT son de 3x16m, pero
depende del fabricante, el contenido de humedad de la madera deberá ser del 8-14%, pero depende
de dónde se localice la construcción. En México aún no existen fabricantes de CLT, por lo cual
para efectos de esta investigación se habla de fabricantes internacionales.
Uniones en el CLT
Las uniones en el diseño de estructuras son una parte muy importante, ya que afecta su estabilidad,
capacidad de carga e incluso su desempeño incendios y cuestiones acústicas.
Como en muchos tipos de estructuras de diferentes materiales, el uso del acero en las uniones es
fundamental. En este caso, existen muchas maneras de unir diferentes elementos estructurales,
desde el uso de placas específicas para cada unión, hasta simplemente unirlos con clavos o
taquetes.
Ya que las uniones tienden a ser los puntos débiles de las estructuras, es importante considerar
como funciona una unión estática, pero al mismo tiempo analizar su efecto en otras funciones o
movimientos del edificio. Específicamente hablando de la madera, al ser un material higroscópico
que su humedad influye en el movimiento de las mismas fibras de la madera, las uniones deben
tener algo de tolerancia para que estos movimientos no los afecten.
Algo que hay que destacar de las uniones, es específicamente las uniones entre el entrepiso (o
firme, losa, cimentación) y los muros de CLT. Estos nodos tienen diferentes funciones como
transmitir la carga, pero al mismo tiempo deben aislar acústicamente, contra incendios y evitar
filtraciones de agua, que normalmente son los puntos más débiles. (Borgström & Fröbel, 2019)
Beneficios del CLT
El CLT es fácil, rápido, flexible, tiene buen aspecto, resistente, versátil, entre otras cualidades que
lo hace buen material para construir, el propósito de esta investigación es intentar adaptarlo a un
edificio en Ciudad de México. Adelante, se analiza el CLT respecto a peso, conductancia térmica
y se plantea la estructura del edificio. Los datos obtenidos demostrarán si es buena opción para
construir en la situación propuesta.
2.6 Uniones en CLT
Los edificios de madera contralaminada (CLT) son reconocidos como una alternativa sólida a las
construcciones pesadas, porque son beneficiosos para la resistencia sísmica y la sostenibilidad
ambiental, más que otros materiales de construcción. La ligereza del material y la respuesta
disipativa satisfactoria de las conexiones mecánicas proporcionan una excelente respuesta sísmica
a edificios de CLT de varios pisos, a pesar del daño permanente a los paneles de madera en las
zonas de conexión. Básicamente, las construcciones CLT son estructuras altamente sostenibles
desde la extracción de materia prima, hasta el proceso de fabricación, uso, eliminación y reciclaje.
Con respecto a otras construcciones, el potencial de los edificios CLT es que se puede mejorar aún
más su sostenibilidad ambiental en las fases de eliminación y/o reciclaje si se reduce o anula el
daño sísmico en los componentes estructurales de madera.
Los daños graves en las piezas de madera también afectan a la sostenibilidad relacionada con la
pieza final del ciclo de vida de la construcción, y en particular las fases de eliminación y/o reciclaje
de material. Básicamente, gracias a la ecosostenibilidad del material y la atención de los fabricantes
para producir productos con certificación ambiental, los edificios CLT son altamente sostenibles.
construcciones Sin embargo, la sostenibilidad se puede mejorar aún más si los enfoques de diseño
orientados a la reducción de daños sísmicos en componentes de madera.
2.8 Propiedades físcas de la madera
Resumen de propiedades e impactos ambientales
Propiedad
Unidad
Densidad
kg/m3
variable
Conductividad térmica
W/mK
0.12 (general)
Coeficiente de emisividad
ε
0.95
Energía embebida (producción primaria)
MJ/kg
8.77 a 9.7
Energía embebida (energía recuperada por combustión) MJ/kg
20.7 a 22.1
Carbono embebido (producción primaria)
kgCO2/kg
0.358 a 0.396
Carbono embebido (CO2 emitido de combustión)
kgCO2/kg
1.76 a 1.85
Huella de agua
l/kg
665 a 735
Reciclable
No
Valor
(Solano García, 2020)
3. Concreto armado: comparativa con el CLT
La producción de 1 tonelada de cemento, materia prima del concreto, produce una tonelada de
CO2 (Dangel, 2016) ), lo que implica un alto impacto negativo en el ambiente. El uso de concreto
como materia prima para la construcción a largo plazo se volvería insostenible ecológicamente.
Imagen X: Toneladas de CO2 por m3 de material producido.
Fuente: Caamaño Gonzalez. 2022.
Como lo muestra la imagen X, la producción de un m3 de cemento emite 1,80 toneladas de CO2,
mientras que la madera tiene una emisión de CO2 negativa, es decir que absorbe CO2 y lo
convierte en oxígeno a través de la fotosíntesis.
El cambio de tendencia de construcción con concreto hacía la construcción basada en madera con
productos ingenieriles como el TLC no es fácil dado el contexto mexicano, ya que las cementeras
son una industria clave en la economía mexicana, desde la instauración de “Cementos Hidalgo”
en 1905, la industria cementera ha ido en expansión, convirtiéndose en transnacional (Fry, 2013).
El cemento ha sido clave en la construcción mexicana desde la época posrevolucionaria,
actualmente alrededor del 80% del cemento producido en México va dirigido a la construcción de
viviendas y 50% de dicha producción de vivienda se da en la informalidad (Fry, 2013).
Propiedad
Densidad
Conductividad térmica
Coeficiente de emisividad
Calor específico
Energía embebida (producción
primaria)
Energía embebida (reciclado)
Carbono embebido (producción
primaria)
Carbono embebido (reciclado)
Huella de agua
Reciclable
Fracción reciclable
Contribución de emisiones globales
de CO2 asociadas a producción
Pronóstico de demanda
Resumen de propiedades e impactos ambientales
Unidad
Valor
kg/m3
2,300
W/mK
0.64 (concreto sólido)
2.1 (armado)
ε
0.85
J/kg °C
840
MJ/kg
1 a 1.3
MJ/kg
kgCO2/kg
0.758 a 0.838
0.090 a 0.099
kgCO2/kg
l/kg
Sí
12.5 a 15%
6 al 8%
0.063 a 0.07
3.23 a 3.57
Duplicada para 2060
(Solano García, 2020)
4. Proyecto Álamos
La Ciudad de México es la segunda ciudad más poblada de México con una población de 9
millones y una densidad poblacional de 6,163.3 habitantes por km2, mientas que la media nacional
es de solo 64.3 habitantes por km2 (INEGI, 2021), lo que indica que la población se concentra en
espacios pequeños en contraste con el resto del país donde la población se reparte en extensiones
más amplias. Por lo anterior es necesario desarrollar viviendas provechosas en términos de espacio,
sin dejar de lado el confort y salud de quienes las habitan.
4.1 Analisis preliminar
Uso de suelo: habitacional, tres niveles, 20% área libre, vivienda mínima de 60m, densidad M (una
vivienda cada 50m2 de terreno), superficie máxima de construcción 1228m2, número de viviendas
permitidas 10.
Descripción del proyecto
Es un edificio habitacional de 3 niveles y un semisótano, el cual alberga 23 departamentos tipo, la
cimentación y el semisótano tienen una estructura de concreto armado, mientras que planta baja y
los siguientes niveles se conforman de muros y entrepisos de madera sólida.
La estructura se plantea en CLT y en concreto para poder llevar a cabo una comparación con
distintos parámetros.
Los planos que se presentan a continuación son considerando la estructura en CLT.
simbología:
corte esquemático:
diseño:
ariel rivera c
dibujo:
ariel rivera c
proyecto:
ariel rivera c
propietario:
dirección:
Soria 93, Col. Alamos, Alc. Benito Juárez
Ciudad de México
r e v i s i o n e s
fecha:
tipo de obra:
cotas en:
escala:
metros
1: 100
nivel:
archivo:
Nivel 1 y 2
plano:
arquitectónico
clave:
norte:
simbología:
corte esquemático:
diseño:
ariel rivera c
dibujo:
ariel rivera c
proyecto:
ariel rivera c
propietario:
dirección:
Soria 93, Col. Alamos, Alc. Benito Juárez
Ciudad de México
r e v i s i o n e s
fecha:
tipo de obra:
cotas en:
escala:
metros
1: 100
nivel:
archivo:
Nivel 1 y 2
plano:
arquitectónico
clave:
norte:
simbología:
corte esquemático:
diseño:
ariel rivera c
dibujo:
ariel rivera c
proyecto:
ariel rivera c
propietario:
dirección:
Soria 93, Col. Alamos, Alc. Benito Juárez
Ciudad de México
r e v i s i o n e s
fecha:
tipo de obra:
cotas en:
escala:
metros
1: 100
nivel:
archivo:
plano:
arquitectónico
clave:
norte:
simbología:
corte esquemático:
diseño:
ariel rivera c
dibujo:
ariel rivera c
proyecto:
ariel rivera c
propietario:
dirección:
Soria 93, Col. Alamos, Alc. Benito Juárez
Ciudad de México
r e v i s i o n e s
fecha:
tipo de obra:
cotas en:
escala:
metros
1: 100
nivel:
archivo:
Nivel 1 y 2
Nivel 1 y 2
plano:
arquitectónico
clave:
norte:
simbología:
corte esquemático:
diseño:
ariel rivera c
dibujo:
ariel rivera c
proyecto:
ariel rivera c
propietario:
dirección:
Soria 93, Col. Alamos, Alc. Benito Juárez
Ciudad de México
r e v i s i o n e s
fecha:
tipo de obra:
cotas en:
escala:
metros
1: 100
nivel:
archivo:
plano:
clave:
norte:
Es un edificio habitacional de 3 niveles y un semisótano, el cual alberga 23 departamentos tipo, la
cimentación y el semisótano tienen una estructura de concreto armado, mientras que planta baja y
los siguientes niveles se conforman de muros y entrepisos de madera sólida.
La estructura se plantea en CLT y en concreto para poder llevar a cabo una comparación con
distintos parámetros.
Los planos que se presentan a continuación son considerando la estructura en CLT.
4.2 Descripción constructiva del edificio
A continuación, se presentarán algunos detalles de la estructura, acabados y envolvente de CLT,
ya que es menos común que si fuera de concreto, los detalles para concreto se verán más adelante
en el análisis de conductancia térmica.
4.2 Estructura
Cuerpo A
Cuerpo B
En la imagen 5.1-a se muestra el planteamiento de configuración estructural de acuerdo a paneles
de CLT, como se muestra en la siguiente imagen 5.1-b
El siguiente diagrama ilustra con más claridad los diferentes paneles que se conectan para formar
el layout de la planta del edificio.
Al tener una estructura hecha a base de distintos tipos y configuraciones de panales, una grande
beneficio de el CLT es la capacidad de prefabricar sus elementos en taller y armarlos in situ. Para
el edificio propuesto, la siguiente imagen representa uno de los paneles que incluyen vanos de
puertas, ventanas y preparaciones para unirlos con otros paneles perpendiculares al mismo.
La siguiente imagen ilustra
Vanos para recibir
ventana/puerta
Unión con muro
perpendicular
(ver detalle CM-1)
Los paneles prefabricados de fachada y muros interiores, son una gran ventaja para disminuir
tiempos y por lo tanto, costos de construcción. En un edificio en Canadá, que tomó 18 meses en
total construir, solamente 2 meses fueron dedicados a la envolvente, muros interiores y columnas,
utilizando partes prefabricadas de fachada e interiores y montadas en sitio. Es importante
mencionar que, siendo un edificio de 18 niveles, se construyeron cimentación y núcleos de
concreto, que abarcaron la mayoría de la línea del tiempo de la construcción.
4.3 Envolvente
Se propone una doble piel de paneles de cemento como recubrimiento y separar el CLT del
contacto directo con el agua del exterior.
Detalle C1 -
Planteamiento de doble fachada aislada de Durock para proteger la madera, dándole un acabado
con textura a la fachada. Utilizando un panel losa plano y métodos tradicionales para bajar aguas
de la azotea. Este detalle se propone para utilizar CLT en pretiles de azotea, aislando la madera
completamente de la humedad.
Window Sill
Panel CLT
Ventana PVC
Bastidor de poste
Panel de durock
Window Sill
Detalle C1
Detalle M1 – Planteamiento de doble fachada aislada de Durock para proteger la madera,
dándole un acabado con textura a la fachada. En este detalle vemos como se unen los entrepisos
de CLT con los muros de carga de la envolvente de CLT.
4.3Exploración de datos del proyecto
Para efectos de esta tesis y algunos ejercicios que se harán más adelante, se utiliza esta sección
tridimensional para diferentes comparativas de datos.
Se considera desde el concreto de la cimentación hasta los cuatro entrepisos de CLT y muros que
se plantean para la estructura del edificio, incluyendo la estructura hibrida de concreto armado y
acero del estacionamiento.
En la siguiente tabla se compara el peso de la misma sección considerando, por una parte, la
estructura de CLT, por otra la misma sección simulando que sea construida con entrepisos de
concreto y muros de muros confinados de block de concreto hueco.
Los resultados indican que la estructura de CLT pesa el 37% de lo que pesaría si estuviera
construida con métodos más comunes, la primera con un peso total de 12.7 ton y la segunda con
33.6 ton.
4.4 Datos de modelo de CLT
PESO
CLT
CO2
m3
kg/m3
kg
CLT
kg
ENTREPISO 1
1.72
720.00
1,235.52
ENTREPISO 1
1,235.52
0.42 518.92
ENTREPISO 2
1.72
720.00
1,235.52
ENTREPISO 2
1,235.52
0.42 518.92
ENTREPISO 3
1.72
720.00
1,235.52
ENTREPISO 3
1,235.52
0.42 518.92
ENTREPISO 4
1.72
720.00
1,235.52
ENTREPISO 3
1,235.52
0.42 518.92
MURO 1
2.27
720.00
1,632.96
MURO 1
1,632.96
0.42 685.84
MURO 2
2.27
720.00
1,632.96
MURO 2
1,632.96
0.42 685.84
MURO 3
2.27
720.00
1,632.96
MURO 3
1,632.96
0.42 685.84
PRETIL
VIGA DE
ACERO
VIGA DE
ACERO
0.17
720.00
125.28
125.28
0.42 52.62
0.03
7,850.00 235.50
235.50
1.37 322.64
0.03
7,850.00 235.50
PRETIL
VIGA DE
ACERO
VIGA DE
ACERO
235.50
1.37 322.64
COLUMNA
0.37
2,400.00 883.20
COLUMNA
883.20
0.16 141.31
ZAPATA
0.61
2,400.00 1,456.80
ZAPATA
1,456.80
0.16 233.09
12,777.24
kgCO2/kg
kgCO2
5,205.49
PESO
CONCRETO
CO2
m3
kg/m3
kg
CONCRETO
kg
kgCO2/kg
kgCO2
ENTREPISO 1
1.14
2,400.00 2,745.60
ENTREPISO 1
2,745.60
0.16 436.55
ENTREPISO 2
1.14
2,400.00 2,745.60
ENTREPISO 2
2,745.60
0.16 436.55
ENTREPISO 3
1.14
2,400.00 2,745.60
ENTREPISO 3
2,745.60
0.16 436.55
ENTREPISO 4
CAST Y
COLUMN 1
CAST Y
COLUMN 2
CAST Y
COLUMN 3
1.14
2,400.00 2,745.60
2,745.60
0.16 436.55
0.59
2,400.00 1,411.20
1,411.20
0.16 224.38
0.59
2,400.00 1,411.20
1,411.20
0.16 224.38
0.59
2,400.00 1,411.20
ENTREPISO 4
CAST Y
COLUMN 1
CAST Y
COLUMN 2
CAST Y
COLUMN 3
1,411.20
0.16 224.38
MURO 1
2.98
1,700.00 5,059.20
MURO 1
5,059.20
0.16 804.41
MURO 2
2.98
1,700.00 5,059.20
MURO 2
5,059.20
0.16 804.41
MURO 3
2.98
1,700.00 5,059.20
MURO 3
5,059.20
0.16 804.41
PRETIL
VIGA DE
ACERO
0.17
2,400.00 417.60
417.60
0.16 66.40
0.03
7,850.00 235.50
PRETIL
VIGA DE
ACERO
235.50
1.37 322.64
VIGA
0.03
7,850.00 235.50
VIGA
235.50
1.37 322.64
COLUMNA
0.37
2,400.00 883.20
COLUMNA
883.20
0.16 141.31
ZAPATA
0.61
2,400.00 1,456.80
ZAPATA
1,456.80
0.16 233.09
33,622.20
(Hammond & Jones, 2011) (Pfundstein, Gellert, & Spitzner, 2008)
5,918.65
Comparación de resultados obtenidos
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
CLT
Concreto
peso (kg)
kgCO2
Columna1
En la gráfica vemos como el CLT tiene una huella de carbono menor al del CLT, lo cual indica
una solución de menor impacto para el ambiente, así mismo, es evidente que el peso del edificio
disminuye en grandes cantidades por lo que supone menos masa de concreto que un edificio
proyectado en concreto, disminuyendo aún más la emisión de carbono.
Entre estos datos se encontró que la masa de la madera del CLT secuestro 4,484.81kg de CO2
durante su desarrollo, una cualidad que no tiene el concreto armado.
5.2 Pruebas de conductancia térmica
En este capitulo se harán pruebas de conductancia térmica utilizando el software THERM, para
ello, recordemos qué es la conductancia térmica y la segunda ley de la termodinámica:
“El valor de la conductividad térmica se caracteriza por la capacidad de un cuerpo físico
en transmitir la energía térmica de un punto otro, el flujo de calor se trasladará en el
sentido del cuerpo con más calor al cuerpo con menos calor.”
Cardenas Lorenzo, 2005.
Conclusiones
El predominio del concreto en las construcciones mexicanas parte de la abundancia de
producción de cemento en el país, explicado por el auge industrial del material desde el siglo XX.
El sustituir este material es un reto en términos culturales y de oferta de materiales. Si bien la
edificación basada en productos madereros no es nueva, si lo son productos ingenieriles como el
TLC que parte del use de recursos renovables (árboles jóvenes), este recurso es altamente atractivo
por sus propiedades estéticas, de resistencia, peso y en términos ambientales por su baja o inclusa
negativa emisión de gases de efecto invernadero. Si bien la transición de la construcción con
concreto a la edificación utilizando solo productos ingenieriles madereros, no puede darse de
forma inmediata, si se puede ir transicionando paulatinamente como lo muestra el estudio de caso
de la colonia Álamos, donde un edificio que combina métodos de construcción clásicos (concreto)
y otro relativamente nuevo (CLT), implica una menor emisión de CO2, en contraste con
edificaciones construidas enteramente con concreto, al igual que Dangel (2016), se aprecia que
una combinación de materiales para la edificación es mejor (en términos de emisiones de CO2)
que construcciones que solo sean de concreto o materiales que dependen de un proceso donde
interviene el uso de combustibles fósiles (ya sea por su producción o por logística como
transportación). Así mismo es necesario precisar que el uso de materiales no es suficiente para que
los edificios sean sustentables, la operación de las construcciones debe estar acompañada por
procesos de baja utilización de energía proveniente de energía carbonizada. Es decir que el uso de
CLT es viable ambientalmente solo si se acompaña de procesos y acciones completarías como el
uso de paneles solares, la captación de agua pluvial, la separación de residuos, etc. Sin embargo,
es solo materia de este trabajo concentrarse en los materiales de la estructura de las edificaciones.
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México.
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