Timber frame, sistema tradicional de entramado pesado de madera

 

“Timber frame, post & beam, oak framing” son las mismas denominaciones para un sistema de construcción tradicional de entramado pesado de madera. No hay que confundirlo con el entramado ligero, que en algunos países, también lleva el nombre timber frame.

Es un sistema integral de carpintería para construir estructuras y edificios de madera maciza, sin usar un solo clavo ni refuerzo de acero, 100% madera. Es la suma de un conjunto de uniones, ensamblajes y técnicas, desde una sencilla caja espiga hasta una compleja unión de 5 piezas, donde hay que tener en cuenta las fuerzas de compresión y tensión de la estructura.

Tras casi 2000 años de historia aún sigue desarrollándose

Como sistema es completo, y muestra precedentes de cómo construir con madera muy superiores a los métodos modernos que utilizamos hoy en día.

Utilizando maderas macizas como el roble, abeto Douglas, pino o castaño, con este sistema se puede realizar todo tipo de estructuras. La fuerza y la clave no sólo reside en las vigas y sus dimensiones, sino también en el conjunto de piezas, encajes y medidas realizadas por el carpintero para asegurar una estructura sólida e integral.

El conjunto forma una estructura de madera maciza que queda vista desde el interior y, a veces, desde el  exterior del edificio. Las maderas y las uniones están a la vista y son parte de la estética del edificio, normalmente se tratan con aceites naturales y ceras o, simplemente se deja sin tratar, en su forma natural; las vigas representan una gran obra de arte estructural.

Las técnicas que se usan para construir un “timber frame” prácticamente no han cambiado en muchos siglos, son sistemas de “layout” (trasposición) que siguen los mismos principios y reglas de construcción, la diferencia es que hoy hay máquinas eléctricas portátiles que facilitan una fabricación más rápida.

Cada madera se comporta de forma distinta, el diseñador y el carpintero tienen que ajustar sus técnicas y las uniones a la materia prima empleada, no sólo para dimensionar las vigas en relación a las fuerzas y cargas del edificio, sino también las uniones individuales y adecuar los cambios.

Históricamente utilizaban madera seca y madera verde, maderas con un nivel de humedad muy por encima del 20%. Actualmente, en Inglaterra, el sistema está basado casi exclusivamente en roble verde, sólo se utilizan piezas secas para fines específicos, donde el movimiento debe ser el mínimo o cuando las piezas son más finas y suelen moverse más. En EE.UU., y en otros países europeos, usan una combinación de las dos, depende de la estructura que estén trabajando. Se pueden conseguir vigas de grandes dimensiones, secadas en hornos al vacío, aunque lo más común es utilizar vigas en verde. En el caso de la madera verde, el carpintero y el diseñador tienen en cuenta las dilataciones previstas y toman medidas para mantener la fuerza de cada unión.

Lo más ecológico y natural es utilizar vigas verdes; los hornos de vapor para secar la madera usan grandes cantidades de energía, aun en este caso, resulta una opción sostenible y ecológica, puesto que estas estructuras durarán cientos de años.

Sistemas y métodos de timber framing

Hay varios sistemas, a veces se emplea una combinación de ellos en el mismo edificio. Cada sistema se ha desarrollado en una parte del mundo que, con el tiempo se han unido y fusionado.

Scribe rule

Es el sistema más antiguo, representa una estética natural. Consiste en organizar las vigas en forma de portones, armazones, o secciones de la casa, p.ej.: una pared. Se colocan unas sobre otras, se nivelan, se aploman y se marcan las intersecciones. Así se pueden incorporar vigas de cualquier tipo, curvadas o torcidas.

Lofting

También uno de los sistemas más antiguos y que hoy seguimos utilizando. El carpintero dibuja a escala real, en el suelo totalmente nivelado, la forma del armazón o sección que está fabricando. Después coloca cada viga sobre el dibujo, apoyándolas en bloques, unas sobre otras. Como en el scribing, se aploman las intersecciones y posiciones de cada viga para marcar cada unión. Se tiene en cuenta las imperfecciones de cada viga, el carpintero copia “scribes” el perfil de cada viga, con o sin imperfecciones, en la cara de la otra viga para realizar uniones exactas y naturales. Las maderas pueden ser irregulares, sin cepillar y con su propia forma.

Una estructura de roble en verde, estilo Ingles, fabricado a mano.

Square rule

Desarrollado en EE.UU., las vigas están organizadas en líneas de vigas comunes, es un sistema de producción, donde se fabrican todas las piezas a la vez, basado en la estandarización de las mismas. Es un sistema desarrollado en Nueva Inglaterra, que se puede utilizar en espacios pequeños y en interiores. Lo más probable es que existía un recurso de vigas más perfectas y más rectas de las disponibles en Europa.

El carpintero asume que, dentro de cada viga irregular hay una viga perfectamente escuadrada. En cada intersección entre viga y viga, en los puntos donde habrá uniones, se cepillan las vigas hasta llegar a una dimensión estándar. P.ej., entre las que se van a utilizar, de dimensiones aproximadas de 20×20 cm, existe una perfecta (y menor) de 19×19 cm. Así se pueden preparar todas las vigas en serie, aunque no se disponga de todo el material para la estructura. Es un proceso de medidas y cálculos donde el carpintero trabaja con sus dimensiones estándares.

Mill rule (una ramificación de square rule)

Este sistema es el más común en EE.UU., entre otros países. Las vigas generalmente llegan bien cepilladas a cuatro caras desde los aserraderos y las imperfecciones son mínimas; se analiza cada viga para ver si está a escuadra, repasando y cepillando cada punto de unión a mano para que quede perfectamente a escuadra. No se utiliza la estandarización y no hace falta cepillar todos los encuentros a una dimensión fija y uniforme, como en square rule.

Después, utilizamos un sistema de “layout”, marcamos las uniones y realizamos las piezas trabajando en milímetros como si fuera ebanistería, utilizando líneas de tinta y otros trucos que nos permiten incorporar vigas torcidas y curvadas.

Edificaciones enteras, pueden tener cientos de uniones y toritos de madera, asegurando cada unión.

 

Organización del trabajo

El carpintero, usando los planos como guía, selecciona las vigas clasificándolas. P.ej.,busca el “pith” el corazón de la viga, para ver cerca de qué cara de la viga está, así puede determinar donde se agrietará y posicionar la viga donde menor impacto visual exista. No evita las grietas, son naturales y hermosas, la madera es un material vivo e imperfecto, sólo intenta mantener la estética e integridad estructural. Hace lo mismo con los nudos y la posición de las uniones.

En este proceso selecciona cada una, las organiza en grupos y las marca, busca las mejores características, las formas del grano etc., de las caras visibles, e intenta colocar estas caras en las habitaciones de uso frecuente o más visible pensando en la estética de cada habitación.

Después, marca todas las uniones de la estructura con uno o varios de los sistemas de “layout” (trasposición) ya indicados, el timber framer usa un sistema de numeración o categorización propio para indicar cada viga, su posición en la casa, el orden de montaje, etc.

Luego empieza el primer corte de la estructura, hoy utilizamos máquinas eléctricas para esta parte del trabajo, máquinas corrientes, sierras circulares, taladros etc. Hacemos los primeros “rough cuts”, p.ej., devastando las cajas y espiga.

Para acabar el trabajo, rematar cada unión con grandes formones de acero laminado y cepillos de mano, esta parte es muy importante para el carpintero, es tradicional y no ha cambiado en mil años. El formón debe estar y conservarse muy afilado. Los actuales, de fabricación en serie, no tienen esta calidad y hay pocos lugares que los fabriquen adecuados para “timber framing”.

Un timber framer limpiando una caja con su formón, tras el primer corte de la viga.

La CNC

Hay empresas en EE.UU. que emplean máquinas de control numérico para fabricar partes de la estructura, aún así, el carpintero tiene que hacer todo el proceso de diseño, selección y calificación de maderas,  las partes más elaboradas o aquellos elementos que la máquina no puede hacer.

CNC puede ser muy útil para trabajos muy repetitivos de edificios muy grandes.

Pero en cualquier caso el carpintero tiene que buscar la posición de cada unión en la viga para evitar nudos, formas raras en el grano y otros elementos que puedan debilitar la estructura, una maquina de CNC no puede hacerlo y no existe control sobre la integridad de la estructura final.

Fabricando a mano siempre es la primer opción, un proceso totalmente artesanal. Los ejemplos más atractivos de “timber frame” son los que incorporan piezas naturales y curvadas, aprovechándolo todo de la madera, las maquinas de CNC no pueden hacer esto y solo pueden trabajar con vigas procesadas y perfectas.

El montaje

Cuando la estructura está cortada y terminada se lija, limpia y se acaba con aceites naturales; dependiendo del taller la estructura se monta y el proceso de acabado final, se hace en obra.

Para montar el “timber frame” utilizaban palos de madera muy largos que llamaban “pikes”, cuerdas, caballos y muchísima gente para levantar secciones o “bents” de la casa entera. Hoy se levanta con grúas móviles o manipuladores telescópicos en secciones o pieza por pieza. Para estructuras pequeñas o con la gente necesaria, se puede hacer a mano utilizando poleas para evitar maquinaria. Hay que replantear el montaje cuando está en el proceso de diseño, todos los encajes tienen que ser analizados, muchos sólo tienen un trabajo específico de enganchar algunas piezas y uniones. En edificios rudimentarios no es complicado, pero cuando tenemos cubiertas de varias aguas puede ser bastante difícil de montar y hay que determinar la secuencia correcta.

Timber frame, estética, compatibilidad de interacción con otros materiales

Normalmente los edificios de timber frame los diseñan carpinteros o diseñadores especializados, que ya saben por la experiencia, lo que va a funcionar estética y estructuralmente.

Las vigas seleccionadas casi siempre son sobredimensionadas, uno de los aspectos más influyentes que marca la estética del sistema y permite que el edificio sea más robusto y duradero. Suelen ser más grandes que las que recomendaría un ingeniero. Un arquitecto puede diseñar un timber frame hermoso, pero después el diseñador/carpintero tendrá que revisarlo y asesorarle para efectuar los cambios necesarios. Cuando trabajan juntos desde el principio es cuando se llevan a cabo los mejores diseños.

El sistema puede adaptarse a formas contemporáneas. El hecho de que sistemas de “timber frame” parecidos se desarrollaran en la misma época, en distintas partes del mundo con su correspondiente arquitectura autóctona, nos muestra su flexibilidad y posibilidades.

Los mejores programas para diseñar timber frames son los de 3d; trabajar en 3d, es crucial para ver las interacciones de cada pieza, ayuda al carpintero a decidir si la unión es óptima, pudiendo evaluar los cambios necesarios. Este proceso de visualización permite al carpintero crear nuevas formas y modificar las uniones para acomodar nuevas estéticas y estilos de arquitectura. Se puede adaptar casi cualquier diseño.

Cimentaciones

Aunque es un sistema de entramado pesado, es más ligero que una casa de ladrillo. Las cargas no son uniformes, son puntuales y ofrece más opciones, además de la posibilidad de reducir hormigón. En Japón desarrollaron sistemas de cimentación sofisticados, p.ej., cimientos formados por piedras y grava de varios tamaños, que se compactan bajo cada pilar principal. Dentro de las piedras y grava, se coloca una piedra “maestra” donde se apoya el pilar. La forma de la piedra principal se traslada al pilar utilizando el método de “scribe”, esculpiéndola para que quede completamente encajada. En Japón existen templos, con más de 1000 años construidos con este sistema.

Otros sistemas que se adaptan a las normas actuales son los de “piers” o zapatas aisladas. El pilar principal se engancha en la zapata con una conexión de acero y la madera se separa del hormigón con una lámina asfáltica, chapa de cobre u otro material adecuado, para eliminar la capilaridad. El forjado de la casa estará elevado sobre el suelo, con aislante y barreras de humedad. Se utiliza menos cantidad de hormigón, por lo que resulta una solución económica.

Otro sistema ligero de hormigón es “rubble trench” (trinchera de grava) inventado por Frank Lloyd Wright. Se construyen trincheras poco profundas (dependiendo del suelo) en el perímetro de la estructura y se rellenan con grava compacta (tras instalar un sistema básico de drenaje). Encima se coloca una viga continua de hormigón de 30 cm x 20 cm, la estructura se monta sobre ella, la zapata de hormigón traslada las cargas a la piedra compacta y al subsuelo.

Cerramiento y revestimiento

Hay muchas formas de acabar una estructura “timber frame”. En EE.UU. existen bastantes ejemplos, con paredes de paja o mezclada con arcilla y encofrados (light straw clay).

El entramado ligero de madera facilita una construcción rápida y una fácil incorporación del aislante. Se utilizan viguetas de 100 mm ó 150 mm x 50 mm, entramadas cada 60 cm, en el exterior de la estructura, se pueden utilizar aislantes ecológicos como lana natural, celulosa o fibras de madera/cáñamo. Para conseguir un rendimiento óptimo y eliminar completamente los puentes térmicos, se puede cerrar con paneles de fibras de madera compuesta. Aparte de cómo acabemos las paredes externas, el sistema no restringe en ningún caso el diseño de una casa de bajo consumo energético.

Se tienen en cuenta desde el principio del proceso los detalles de la infraestructura, el sistema de fontanería, cables eléctricos etc., se pueden encajar por las vigas en algunas ocasiones, pero siempre es mejor que se instalen por los suelos y en cerramientos.

“Timber frame” es un sistema flexible, adaptable y consolidado que se ha forjado en el tiempo, totalmente compatible con la construcción ecológica actual y presenta una solución estética y éticamente superior a la construcción convencional.

Una solución moderna que proviene del pasado

Por muchas razones, el mundo de la construcción ha intentado, y sigue intentando, estandarizar la madera, con productos uniformes y compuestos como vigas laminadas, productos cuyas características se pueden calcular fácilmente.

Aunque estos productos comerciales son sostenibles hasta cierto punto y tienen su sitio en la construcción actual, no hay que castigar a un material como la madera por ser como es o por desconocimiento; utilizar un material como la madera, no sujeto a un proceso industrial, siempre es óptimo para el medio ambiente.

La madera maciza seca o verde que se emplea en estas estructuras no es estándar, se precisa de un cierto nivel de conocimiento para utilizarla adecuadamente, no debemos olvidar la madera maciza a favor de la estandarización. Ésta crea una multitud de productos comerciales, producidos en entornos industriales, uniformes, cuya mano de obra es poco especializada. Crear más productos comerciales y “soluciones” que necesitan menos mano de obra y eliminamos trabajos con alma, y esta eliminación de habilidades artesanales refuerza las divisiones en clases y posición social, cuando sólo estamos creando más trabajos en fábricas industriales y simplificando la mano de obra.

Este sistema apuesta por la mano de obra especializada, conocimientos antiguos y orgullo en el trabajo en vez de mecanización, procesos industriales y producción masiva. Se basa en otros valores, es un sistema natural fundamentado en el conocimiento directo de nuestros antepasados, en “cómo construir para siempre”.

Hay algo sereno y natural en un “timber frame”, son espacios especiales para vivir, es una forma de arquitectura humana que tiene sitio en nuestro futuro. Para construir de forma ecológica y sostenible, la respuesta no sólo se encuentra en los materiales que utilizamos, sino en cómo hacemos los trabajos que creamos y las gentes que lo hacen.

Historia

Se trata de una forma de construcción de madera tradicional con orígenes en Europa pre-medieval y que se desarrolla simultáneamente en China y Japón. Existen edificios en Inglaterra que cuentan con 900 años de antigüedad, todavía en uso. Westminster Hall, S XIII, es uno de los ejemplos más emblemáticos en el mundo. Nuestros antepasados desarrollaron un sistema íntegro de uniones de madera, para utilizar en todas los situaciones concebibles, un método para construir todo tipo de edificios y espacios.

En Inglaterra, la primera opción en madera era el roble (el “oak”), y los carpinteros que trabajaban con ella eran oak-wrights o literalmente “los que manipulan el roble”. Inglaterra tenía gran abundancia de roble y maderas nobles que no gestionaba adecuadamente.

En este sistema, estilo inglés, la vigas de las paredes perimetrales siempre estaban a la vista desde el exterior y desde el interior, los huecos entre las vigas se rellenaban con “wattle and daub” (mezclas de arcillas montadas sobre un entramado ligero de ramas pequeñas) y, finalmente, se acababa con mortero de cal.

Tras casi agotar la madera, construyendo flotas para dominar los océanos, empezaron a ser más ingeniosos, incorporando piezas imperfectas o curvadas, desarrollando nuevos métodos para utilizar estas vigas irregulares. Hoy, estos ejemplos nos parecen los más curiosos e interesantes.

Más tarde, los que emigraron a EE.UU., con los conocimientos de “timber framing”, encontraron bosques vírgenes, maderas largas y perfectas y el estilo de construcción y sus métodos evolucionaron. Estos sistemas se han fusionado y disponemos de una enorme gama de métodos, estilos y capacidades para construir, con esta técnica, cualquier edificio.

Es típico en este sistema, que las vigas estén sobredimensionadas, los carpinteros no tenían la capacidad para calcular las cargas, compresiones  y tensiones de la estructura. La única guía que tenían eran las estructuras de sus antepasados. Utilizaban y perfeccionaban las técnicas de sus antecesores, copiando los métodos, las uniones que funcionaban mejor y dimensionando las vigas como los maestros anteriores; se tardó siglos en desarrollar las técnicas y consolidar los sistemas. El proceso alcanzó su cumbre aproximadamente en el SXIII cuando se realizó Westminster Hall en Inglaterra, el nivel de conocimiento, tanto en el diseño como en la ejecución es asombroso. En Japón en esta misma época se alcanzó el cenit con la construcción de magníficos templos.

 

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