Edificios híbridos: qué son y por qué están ganando espacio en el sector de la construcción

Las estructuras híbridas, realizadas con materiales diferentes, son cada vez más comunes en las zonas urbanas, donde está aumentado la demanda de edificios multipisos.
Ingenieros y arquitectos preocupados por optimizar los procesos constructivos y por la sostenibilidad han encontrado en las construcciones híbridas la solución ideal para responder a las necesidades del mercado.
Los edificios híbridos, como los rascacielos de madera con base y núcleo de hormigón, son el resultado de un enfoque constructivo orientado a realizar edificios de varias plantas y estructuras de altas prestaciones.

El principio sobre el que se basa la construcción híbrida es simple, porque combina los diferentes materiales aprovechando las mejores características de cada uno. Del hormigón, se aprecian su fácil disponibilidad y rigidez, de la madera, la sostenibilidad y ligereza, y del acero, la resistencia. El uso combinado de materiales responde a las necesidades de la ingeniería estructural contemporánea, que tiene en cuenta la función del edificio y las prestaciones regularizadas, como la resistencia al fuego, y que, al mismo tiempo, apuesta por reducir el impacto ambiental, limitando las emisiones de carbono.

Estructuras mixtas madera-hormigón: las más comunes

En Europa y el resto del mundo, la combinación madera-hormigón es una de las más utilizadas. Aunque un edificio de madera siempre es una combinación de dos materiales, ya que los cimientos son de hormigón, habitualmente el concepto de edificio híbrido se asocia a los rascacielos de madera que los contratistas generales y las administraciones públicas están encargando.

Si bien es posible construir edificios principalmente de madera, la elección de combinarla con hormigón ofrece importantes ventajas en términos de seguridad, durabilidad y posibilidad de construir edificios multipisos. En concreto, la tecnología madera-hormigón aprovecha los forjados reforzados. En este caso, los dos materiales trabajan juntos para optimizar las prestaciones estructurales: el hormigón resiste a la compresión y aumenta la capacidad de carga, mientras que la madera proporciona resistencia a la tracción gracias a su capacidad de flexión.

Ascent MKE, el edificio de madera más alto del mundo es un edificio híbrido

Esta torre de Milwaukee, reconocida como la estructura de madera más alta del mundo, se caracteriza por su naturaleza híbrida. Sus 86,5 metros de altura se desarrollan sobre una base de 7 pisos de hormigón armado, destinados a espacios comerciales, sobre los que se alzan los siguientes 18 pisos de madera maciza, destinados a viviendas.

También el sistema estructural lateral está compuesto por dos núcleos de hormigón que tienen una función tanto estructural como funcional: aumentan la estabilidad de la estructura de madera y albergan un ascensor y un bloque de escalera.

The Ascent está considerado como el rascacielos de madera más alto del mundo, pero su construcción no habría sido posible sin un núcleo de hormigón armado. Sin embargo, gracias precisamente a la ligereza de la madera, fue posible construirlo rápidamente, aprovechando al máximo el espacio destinado a viviendas y actividades comerciales. De hecho, las paredes exteriores de madera son un 40 % más delgadas que las realizadas con otros materiales de construcción, aunque garantizan las mismas prestaciones en términos de aislamiento térmico. Además, la madera maciza mejora el confort habitacional gracias a sus propiedades de aislamiento térmico y acústico y a su rapidez de montaje.

Estructura mixta acero-madera: ligereza y resistencia

Otra combinación ganadora es la de acero y madera. En esta configuración, el acero se utiliza para el entramado vertical, mientras que la madera se utiliza en las estructuras horizontales. La construcción en seco es una de las principales ventajas de este tipo de híbrido: la ausencia de hormigón reduce los tiempos de edificación y previene la liberación de humedad, lo que evita el riesgo de estancamiento y de problemas en los acabados de madera.

El uso combinado de acero y madera permite crear edificios híbridos más ligeros y flexibles y reducir el peso total sin comprometer la seguridad. Este sistema de construcción optimiza la distribución de cargas, a la vez que mejora la estabilidad estructural y aumenta la sostenibilidad del edificio.

El Sara Kulturhus de Skellefteå, Suecia, es un ejemplo significativo de edificio híbrido que combina madera y acero. Con una altura de 80 metros distribuidos en 20 plantas, es uno de los edificios de madera más altos de Europa.

Edificios híbridos de hormigón-acero-madera

Algunos edificios híbridos utilizan estos tres materiales para optimizar la distribución de las cargas. En estos casos, el hormigón actúa como núcleo estructural rígido, mientras que el acero y la madera se combinan para garantizar ligereza, aislamiento y resistencia a las solicitaciones sísmicas.

Estructuras híbridas: todas las ventajas

Según un estudio del CTBUH*, a finales de 2022 nueve de los diez edificios de madera más altos del mundo eran estructuras híbridas, lo que confirma el papel cada vez mayor de esta tecnología en la construcción contemporánea

Las ventajas técnicas de la construcción híbrida son indiscutibles:

1. Mayor resistencia estructural

El uso combinado de materiales con propiedades complementarias permite obtener edificios más resistentes:

Acero: excelente resistencia a la tracción y a la flexión.

Hormigón: elevada rigidez, óptimas prestaciones a la compresión, ideal para cimientos y núcleos rígidos.

Madera: buena relación resistencia/peso y capacidades de disipación de las conexiones de acero, ideal para zonas sísmicas.

2. Eficiencia sísmica

• Las conexiones madera-acero mejoran la absorción de las fuerzas sísmicas.

• Las estructuras híbridas madera-hormigón aumentan la resistencia lateral.
  

3. Reducción del peso total

El uso de madera y acero reduce la carga en los cimientos y simplifica el diseño de los edificios multipisos, ya que permite distribuir el peso de manera más uniforme. En consecuencia, es posible reducir la cantidad de materiales pesados usados, como el hormigón, con beneficios en términos de sostenibilidad y abaratamiento de los costes generales de construcción.

4. Aceleración de los tiempos de construcción

Las soluciones modulares de acero y madera prefabricada reducen los tiempos de montaje con respecto a los de las construcciones de hormigón armado. La prefabricación permite acortar el tiempo de construcción y mejorar la precisión en la realización de las estructuras, lo que implica menos errores y costes de mantenimiento.

5. Mayor sostenibilidad

• La madera maciza mejora el aislamiento térmico.

• Las estructuras mixtas acero-madera reducen los puentes térmicos.

• La integración de tecnologías inteligentes en los edificios híbridos permite optimizar la eficiencia energética, ya que reduce los consumos de energía, y aumentar el confort habitacional.

*https://www.ctbuh.org/research/projects/the-future-potential-of-steel-timber-hybrid-buildings

Costes de los edificios híbridos: una inversión a largo plazo

Uno de los principales obstáculos para la difusión de las estructuras híbridas es el coste inicial que, generalmente, es entre un 5 y un 10 % superior al de una construcción tradicional de acero u hormigón. Sin embargo, a medio y largo plazo, el ahorro de energía y los menores costes de mantenimiento compensan la inversión inicial.

Según un estudio realizado por el CTBUH, la reducción de los consumos de energía y la mayor eficiencia en la obra permiten recuperar la inversión extra en un plazo de 10 a 15 años. Además, el uso de componentes prefabricados permite reducir los costes de construcción gracias a las economías de escala.

Otro factor que influye en los costes es la creciente disponibilidad de soluciones tecnológicas avanzadas para proyectar y gestionar edificios híbridos. Un software como Building Information Modeling (BIM) permite un diseño más preciso y menos sujeto a errores y, por lo tanto, una reducción de derroches y una mejora de la eficiencia en la construcción.

Evolución normativa

Hasta hace unos años, los códigos de construcción estaban orientados, en gran medida, al uso de materiales tradicionales, como el hormigón y el acero, mientras que la madera se utilizaba predominantemente en estructuras de poca altura. Ahora, la evolución de las técnicas constructivas y la innovación en los materiales han llevado a una revisión de las normativas, que permiten el uso de madera en los edificios multipisos.

La introducción de las normativas Eurocódigo 5 para estructuras de madera ha marcado un hito en este proceso al proporcionar las bases para proyectar edificios de madera más complejos y de varios pisos. Al mismo tiempo, la creciente atención por la sostenibilidad y la reducción de las emisiones de carbono ha llevado a los gobiernos a incentivar la adopción de soluciones ecológicas, como las híbridas. En 2027, con la adopción de los Eurocódigos 8, la segunda generación de normas europeas, se establecerán nuevos parámetros para las estructuras de madera e híbridas, abriendo el camino a un diseño todavía más avanzado.

La contribución de Rothoblaas a la construcción híbrida

Rothoblaas ofrece soluciones avanzadas para construir edificios híbridos en diversas configuraciones: madera-acero, madera-hormigón y madera-acero-hormigón.

Un ejemplo es el sistema TC FUSION, que permite trabajar con elementos prefabricados y realizar forjados rígidos de CLT, garantizando siempre altos estándares de resistencia y estabilidad.

Para facilitar la construcción híbrida, Rothoblaas fabrica conectores y fijaciones que optimizan la conexión entre materiales diferentes y responden a las necesidades de proyectos complejos. Entre estos, ALUMEGA destaca por su versatilidad en las uniones viga-viga y viga-pilar y por su capacidad de seguir la rotación del pilar, con lo cual se mantiene la resistencia al corte para las cargas gravitacionales provenientes del forjado. Con ALUMEGA se pueden combinar varios módulos y resolver todas las conexiones en madera, hormigón y acero.

Los conectores RADIAL y RING son ideales para la prefabricación y el montaje/desmontaje de módulos.

Para fijaciones de alta resistencia, existen las arandelas torneadas HUS, ideales para aumentar la resistencia axial de la conexión de tornillos de cabeza avellanada HBS.

Con estas y otras soluciones (fijación, aislamiento térmico y acústico), Rothoblaas proporciona a proyectistas y constructores las herramientas necesarias para realizar edificios híbridos eficientes, resistentes y sostenibles, y, así, responder a los retos de hoy.

Lo híbrido no solo está en el centro del diseño estructural contemporáneo, sino que representa una oportunidad concreta de desarrollo. Por ello, Rothoblaas promueve la formación profesional con cursos especializados y apoya la investigación con iniciativas como el concurso BUILD THE (IM)POSSIBLE, dedicado al diseño de edificios híbridos. En este caso, el desafío es encontrar nuevas soluciones para proyectar y realizar edificios híbridos, en los que la ingeniería de la madera incorpore otros materiales. En el sitio web del concurso está disponible el folleto PRODUCTOS PARA EDIFICIOS HÍBRIDOS, que puede ser útil para todos aquellos que creen en la optimización de los procesos constructivos: DESCARGAR