Construir torres em madeira
Arquitectura, Construção em altura, Design, Destaque, Madeira, Tecnologia
Arranha-céus, Madeira, Madeira em altura, Sequestro de Carbono
1 – Construção em altura.
O arranha-céus nasceu em Chicago e Nova York porque a América tinha, para além de um contexto comercial muito competitivo, a tecnologia e os conhecimentos necessários. Os primeiros arranha-céus começaram por recorrer a estruturas de alvenaria auto-portantes. Mais tarde, as torres como o Empire State Building, com uma estrutura de aço protegida por elementos de alvenaria tornaram-se a norma. Depois da Segunda Guerra Mundial, estruturas mais leves, com um núcleo central e com uma parede cortina passaram a ser o modelo dominante. O verdadeiro arquétipo do arranha-céus moderno seriam as torres de vidro e aço desenhadas por Mies van der Rohe em várias cidades da América do Norte.
Durante décadas o arranha céus modernista espalhou-se por todo o mundo como marca da globalização capitalista e símbolo de poder das grandes empresas. Hoje arquitectos e engenheiros parecem entreter-se, uns a desenhar as torres com as formas mais bizarras e outros a bater o record da torre mais alta.
Nos últimos tempo, um pouco contra a maré, começou a ouvir falar-se de novas direcções: arquitectos, engenheiros, construtores e promotores começam a falar de "Torres de madeira".
Fig. 1 – W350 para Tokyo, 70-pisos, por Sumitomo Forestry – Source link
2 – A tecnologia da torre de madeira
A ideia de "arranha-céus de madeira" há uns dez anos atrás seria considerada uma loucura pela maioria das pessoas. Hoje começa já a ser um sinal de inovação e uma expressão da nova consciência ambiental.
Mas como começou esta ideia? Para além de alguns magníficos exemplares históricos, como os templos japoneses e os edifícios "fachwerk" da Europa central, os edifícios contemporâneos de madeira em altura podem reportar-se à tradição dos grandes edifícios de madeira e tijolo da América do século XIX. Estes eram construídos para albergar funções comerciais e de armazenagem, podendo atingir até nove pisos de altura. Um belíssimo exemplo é o edifício Butler Square, com nove pisos, em Minneapolis. Como referido na revista Detail n.º 1/2.2018, a evolução deste tipo arquitectónico foi travada pelos regulamentos de segurança contra incêndios, tanto nos EUA como no Canadá, limitando o número de pisos a sete primeiro e a quatro depois.
Fig. 2 -Butler Square Building em Minneapolis, 9-pisos, por Harry Wild Jones, 1906-1908 – Source link
A evolução na tecnologia de construção em madeira, especialmente com Glulam e lamelados colados de madeira (Cross Laminated Timber – CLT), combinada com as preocupações ecológicas levaram a madeira a ser de novo considerada como uma opção viável. Adicionalmente, a introdução de sprinklers, o uso de revestimentos de protecção, as pinturas anti-fogo e o cálculo para o sobredimensionamento de segurança das secções, conduziram à revisão de regulamentos que permitiram que as estruturas de madeira atingissem alturas mais elevadas.
A madeira passou também a ser considerada como um material amigável. A construção de estruturas em madeira, em vez de betão ou aço, pode de facto contribuir para o esforço de sequestro do carbono. A absorção de CO2 pelas árvores varia com a idade, ou seja as árvores jovens crescem rapidamente, absorvendo mais CO2 que convertem em madeira, enquanto as árvores maduras podem a determinada altura passar a ser emissoras de CO2. É devido a esta lógica que se pode considerar que a optimização do volume de madeira retirada das florestas conduz à optimização do sequestro do carbono. Normalmente considera.se que 1 m3 de madeira armazena cerca de uma tonelada de carbono.
Outro factor a favor do uso da madeira é a energia incorporada nos elementos de construção. No entanto este é o argumento que suscita imediatamente mais dúvidas, especialmente naqueles países que não possuem recursos de madeira qualificados para uso em estruturas, como é o caso de Portugal. Michael Green e Jim Tagaart em "Tall wood buildings" afirmam que cálculos efectuados para painéis CLT importados da Áustria e da Alemanha, para serem utilizados no Reino Unido, permitem concluir que mesmo considerando o transporte destes por via terrestre, a pegada de carbono continua a ser inferior à do betão armado produzido localmente.
3 – Autores de Torres de madeira
Michael Green, Acton Ostry Architects, Shigeru Ban, Perkins and Wills, Hermann Kaufmann, e Waugh Thistleton, são alguns dos criadores empenhados na concepção de torres de madeira. Michael Green será um dos mais mediáticos arquitectos envolvidos na promoção deste novo tipo de construção. Em 2012 levou a cabo uma investigação designada "Tall wood", centrada no projecto de edifícios até 20 pisos construídos com Glulam e CLT. Posteriormente elaborou os projectos de um edifício para Vancouver com 30 pisos e um outro para Paris com 35 Pisos (o edifício BAobab).
Fig. 3 – Réinventer Paris, 35-pisos, por Michael Green Architecture – Source link
Provavelmente o edifício Murray Grove Stadthaus, terminado em 2008, desenhado por Waugh Thistleton e pelos engenheiros da Techniker, com nove pisos (oito em madeira e a base em betão armado) terá sido o pioneiro das torres de madeira actuais. Hackney borough, a zona de Londres onde este se localiza, tornou-se num centro de inovação da construção em madeira, contando-se até agora pelo menos vinte e três edifícios em CLT, aí construídos.
Fig. 4 – Murray Grove Stadthaus, em Londres, 8-pisos por Waugh Thistleton Architects –Source link
Depois de Murray Grove, surgiram um número significativo de propostas, com um ponto alto no "the Forte" em Melbourne na Austrália, por Lend Lease, que atingiu o patamar dos 10 pisos. Em 2015 o edifício Treet de 14 pisos, de Artec Architecture, foi concluído em Bergen, e em 2017 a residência de estudantes hibrida Brock Commons por Acton Ostry Architects, acabava de ser finalizada em Vancouver, com 18 pisos. O edifício HoHo por Rudiger Leiner Architekten em Viena, Áustria, com 24 pisos, ainda em construção, pode ser o próximo record.
Fig. 5 – Centro Cultural Skellefteå, Suécia, 19-pisos, por White – Source link
Muitas outras interessantes propostas estão a ser concebidas neste momento. Seguem-se alguns exemplos notáveis: White Arkitekter com uma proposta de concurso, Sida Vid Sida, um Hotel e Centro Cultural para Skelleftetea com 19 pisos, Tham & Vidergard projectaram quatro apartamentos de 20 pisos para Estocolmo, Team V Architectuur com Lingotto, Nicole Maarsen e ARUP estão a projectar o Haut para Amsterdão com 21 pisos, RPL Rudiger Laine + Partner estão a trabalhar num edifício de 24 pisos para Viena, e C.F. Møller desenhou uma proposta para o Concuros HSB Stockholm 2023 com 34 pisos. Finalmente Sumitomo Forestry, uma empresa Japonesa de madeira está a projectar o edifício mais ambicioso do mundo, para ser construído em Tóquio. Espera-se que tenha 350 metros e 70 pisos, com uma estrutura híbrida que marcará o 350 aniversário da companhia em 2041. Os designers são Sumitomo's Tsukuba Research Laboratory em colaboração com o atelier de Tóquio Nikken Sekkei.
Fig. 6 – W350 para Tóquio, 70-pisos, por Sumitomo – Source link
O Barbikan Oak Project para a cidade de Londres é um projecto de investigação que procura resolver o desafio de desenhar uma torre de 80 pisos, recorrendo a estruturas de madeira. Os responsáveis são PLP Architecture em parceria com o "Centre for Natural Material Innovation" da Universidade de Cambridge e com os engenheiros Smith and Walwork. Esta equipa estuda, para além dos benefícios ambientais, as vantagens das estruturas de madeira do ponto de vista da redução do tempo de construção, da economia de custos, da resistência ao fogo e da leveza do material. Os responsáveis referem que enquanto um edifício em betão armado tem uma massa de 300Kg/m3 e um edifício de aço tem 160Kg/m3, um edifício como a Oakwood Timber Tower terá apenas 70Kg/m3. Esta importante característica levanta alguns desafios como a resistência às forças de sucção, ao vento e ao sismo, mas simultaneamente apresenta vantagens ao nível da economia de material na superestrutura e nas fundações.
Fig. 7 – Oakwood Timber Tower em Londres, 80-pisos, por PLP Architecture – Source link
4 – Projecto de torres em madeira
Pode considerar-se resumidamente que há três tipos fundamentais de estruturas de madeira em altura: os painéis, o sistema pilar-viga, e as soluções mistas. Os painéis são normalmente associados com projectos com funções residenciais, nos quais as paredes divisórias de separação entre fogos e espaços podem ser utilizados como paredes portantes. As estruturas do tipo pilar-viga, com lajes de pavimento e de cobertura em painéis, apresentam uma maior flexibilidade. Esta última é a opção racional para solucionar espaços de serviços e de retalho. No entanto, devido à complexidade da maior parte dos programas arquitectónicos, é frequente optar-se por soluções mistas. O recurso a núcleos rígidos com painéis, albergando elevadores e instalações sanitárias é equilibrada com espaços abertos organizados no interior de grelhas espaciais de pilares em Glulam.
Por vezes, os edifícios de madeira surgem como estruturas híbridas, ou seja recorrem à madeira e a outro tipo de materiais como o betão armado e o aço. A escolha destas situações mistas pode dever-se a vários factores: exigências regulamentares, limitações económicas, ou simplesmente devido a opções do foro da arquitectura e da engenharia. Exemplos destas últimas podem ser, entre outras, as dimensões de vãos mais exigentes (ou em consola), a necessidade de rigidez estrutural, ou a disponibilidade de recursos alternativos à madeira. Uma vez que estes edifícios são uma soma de componentes fabricados com diferentes materiais, as ligações entre eles podem levantar desafios devido às diferenças nas suas tolerâncias.
O "Timber tower research project" foi lançado pela SOM em 2014, visando o desenvolvimento de um sistema estrutural para edifícios em altura com recurso a CLT como estrutura principal. A intenção será minimizar a pegada de carbono dos edifícios projectados pela empresa. O estudo é singular porque aponta para a utilização de madeira em combinação como o betão armado e o aço.
Fig. 8 – Brock Commons – Esquma da estrutura de madeira e o seu revestimento, em Vancouver, 18-pisos por Acton Ostry Architects – Source link
Do ponto de vista do projecto de arquitectura a construção em altura, com recurso a estruturas de madeira, tem as mesmas limitações formais das estrutras de betão e aço. O que as diferencia em termos visuais é o potencial das primeiras para exprimir a madeira estrutural, seja no interior, no exterior ou em ambas as situações.
Poderemos encontrar três abordagens arquitectónicas em relação à expressão da estrutura. A primeira, consiste numa visão pragmática que não reconhece interesse em tirar partido visual da madeira, o que pode ser justificado por questões de segurança ou de durabilidade. Nestes casos, as estruturas de madeira são sempre protegidas e revestidas por outros materiais. Uma segunda abordagem consiste expôr as superfícies de madeira, pelo menos no interior, beneficiando o edifício e os seus ocupantes do ponto de vista da estética e do conforto visual e psicológico. Finalmente, a abordagem purista consiste em expor os elementos de madeira o mais possível, seja no interior, seja no exterior. Por vezes esta postura exige o recurso a situações de compromisso, em que se torna possível visualizar a estrutura a partir do exterior, mas esta encontra-se protegida por uma envolvente transparente. Esta é a situação que encontramos por exemplo no projecto da torre académica da Universidade de Toronto, com 14 pisos de altura.
Fig. 9 – University of Toronto Academic wood tower, 14-pisos, por MJMA eand Patkau Architects – Source link
O uso de madeira como revestimento exterior pode ser também uma forma de expressar a tecnologia utilizada, podendo ser entendida como uma estratégia secundária de design que é adicional a qualquer uma das anteriormente descritas. Mas a solução mais durável e segura será obviamente aquela que tiver um revestimento não combustível. Uma escolha inteligente foi aquela a que Waugh Thistleton recorreram para o edifício Stadthaus de 2008 com recurso a 5000 unidades de painéis Eternit, fabricados com 70% de madeira reciclada.
Fig. 10 – Concurso George Brown Tall Wood Building, Toronto, 12-pisos, by Moriyama & Teshima Architects com Acton Ostry Architects. Source link
Grande parte dos edifícios altos de madeira da primeira geração assumiram formas racionalizadas. Provavelmente a madeira por si própria não gera um estilo formal específico. Então, a qualidade formal de um edifício de madeira, tal como em qualquer obra de arquitectura vai depender da qualidade e competência dos seus designers.
Fig. 11 – Terrace House em Vancouver, híbrido de 19 pisos, por Shigeru – Source link
Podemos apontar exemplos interessantes de soluções formais: Arbour project, com 12 pisos, para o George Brown College em Toronto concebido por Moriyama & Teshima e Acton Ostry Architects, com os engenheiros Fast+Epp, o Port Living Building, de 18 pisos, em Vancouver por Shigeru Ban, a torre C.F. Møller, com 34 pisos, para Estocolmo,o Framework de 12 pisos em Portland porby Lever Architecture,e a conceptual Tree Tower, com 18 pisos, para Toronto por Panda.
Fig. 12 – Wooden Skyscraper em Estocolmo, 34-pisos, por C.F. – Source link
5 – Alguns factos sobre torres de madeira
O relatório síntese de um inquérito a proprietários e promotores de 10 projectos internacionais – "Survey of International Tall Wood Buildings" (2014) – revela que as razões mais importantes para avançar com projectos com estruturas de madeira são: a baixa pegada de carbono, o bom comportamento energético do edifício, a velocidade de construção, a inovação e a liderança de mercado que advém da escolha. Este último factor não é normalmente referido, mas significa que a aposta em novas tecnologias e na expressão ecológica da madeira ajuda a criar uma posição de destaque no mercado imobiliário.
Já referimos as vantagens ecológicas da madeira: a madeira é um material renovável, os componentes de madeira armazenam carbono no edifício, e o fabrico dos componentes exige valores reduzidos de energia. Segundo Paul Fast os custos dos edifícios de madeira dependem da localização, mas normalmente os custos da construção em altura com madeira são ligeiramente superiores (cerca de 10%). Mas este tipo de construção pode ser construído com muito maior rapidez (cerca de 25% mais rápido) porque recorre à pré-fabricação e porque os painéis de madeira podem ser recolhidos por grua directamente do veículo de transporte, ou seja um término mais rápido significa entrada de dinheiro mais rápida também. Andrew Waugh acrescenta que há uma redução de cerca de 80% no tráfego para a obra, é gerado menos ruído e não é necessário o tempo de cura que se exige ao betão.
Bernhard Gafner, um ex- engenheiro na Fast+Epp diz que um projecto com CLT tem uma construção 25% mais rápida em relação a projectos similares em betão exige 90% menos tráfego de construção e 75% menos trabalhadores em obra, facilitando bastante todo o processo de construção. Gerard Epp apresenta o edifício de escritórios T3 em Minneapolis, com os seus 16.700m2 como um exemplo de rapidez de construção já que foi construído em apenas 10 semanas.
O edifício Murray Grove de oito pisos levou 27 dias a erguer a estrutura de CLT (mais ou menos metade do tempo requerido para o betão armado). O seu volume de madeira de 950m3 corresponde a um sequestro de carbono de 760 toneladas, anulando 320 toneladas de CO2. A redução nas emissões de carbono é equivalente a retirar da estrada 1.615 veículos de passageiros, ou energia suficiente para operar uma casa durante 803 anos.
A leveza da madeira torna-se em alguns casos uma vantagem decisiva. A escolha da madeira para os apartamentos Forte em Victoria Harbour-Melbourne, com 10 pisos, concebidos por Lend Lease, finalizados em 2012, foi especialmente adequada porque os solos locais eram muito pobres e exigiam um peso de edifício bastante limitado. Outro bom exemplo ocorreu com a Bridgeport House em Londres, desenhada por Karakusevic Carson Architects. As exigências complexas do contexto obrigavam a que se tivesse que construir duas vezes mais o número de unidades do edifício existente, devendo superar 10% do peso deste, devido à existência de uns mega conduta de esgotos pluviais no subsolo. Só com a madeira foi possível responder a este desafio.
Fig. 13 – T3 in Minneapolis, por Michael Green. Source link
Comparando o betão e o aço, o manuseamento da madeira em obra é especialmente conveniente. Jay Zapata, arquitecto gestor de obra da TSM no projecto multifamiliar Wren em Los Angeles diz que a madeira é um material muito tolerante, especialmente durante a fase de construção porque admite que rapidamente sejam resolvidos problemas inesperados sem comprometer o projecto original.
Fig. 14 – T3 em Minneapolis, 7-pisos, por Michael Green. Source link
6 – Futuro?
De início a tecnologia parece ter evoluído mais que a forma arquitectónica, mas parece que os arquitectos estão agora em competição pelas mais belas formas arquitectónicas e pelas mais altas torres em madeira. O futuro dos edifícios de madeira em altura está a ser realizado neste momento. Cada vez é mais difícil acompanhar as novas propostas e inovações que vão surgindo. Os exemplos apresentados neste posts rapidamente serão ultrapassados por novas soluções.
Philip Johnson dizia que os arranha-céus são instrumentos de poder.
Esperemos que os arranha-céus em madeira sejam muito mais do que apenas isso.
Fig. 15 – Toronto Tree Tower, 18-pisos, por Panda. Source link
"The development of a tall wood building" by Vittorio Salvadori https://issuu.com/salvadori.vittorio/docs/thesis_vittorio_salvadori_9719eae06a9d03
"A wooden tower: the seeds of an idea" by Ron Bakker https://www.trada.co.uk/publications/magazine-articles/a-wooden-tower-the-seeds-of-an-idea/
"Summary Report: Survey of international tall wood buildings" by Forestry Innovation Investment and the Binational Softwood Lumber Council and Perkins+Will https://www.naturallywood.com/resources/summary-report-survey-international-tall-wood-buildings
"Timber construction returns to the city" by Jakob Schoof in Detail 1/2.2018 https://www.detail-online.com/
"The vertical timber city" by Peter Wilson https://www.trada.co.uk/publications/magazine-articles/the-vertical-timber-city/
"Tall wood buildings" by Michael Green https://www.amazon.com/Tall-Wood-Buildings-Construction-Performance/dp/3035604754
"Tall Wood" by Michael Green http://cwc.ca/wp-content/uploads/publications-Tall-Wood.pdf
"The Modern timber house in the UK" by Peter Wilson https://woodforgood.com/training-and-development/publications/the-modern-timber-house