Carlos González-Bravo es Doctor Arquitecto por la ETSAM. Es Director de la Escuela de Arquitectura de la Universidad Nebrija de Madrid, Máster en Edificios de Tecnología Avanzada (META) por la UPM, Ingeniero Técnico Industrial con especialidad en Mecánica por la UNED y experto en estructuras de edificación, sistemas de refuerzo de estructuras de madera y aplicación de energías renovables en edifcacación y Patrimonio. Es profesor de cálculo de estructuras y Proyectos en la Universidad Nebrija, investigador principal en el Grupo Nebrija “Arquitectura e Ingeniería Sostenibles” y cofundador junto con Loreto Barrios del Estudio LYCEA, dedicado a rehabilitación y energías renovables en edificación – http://www.lycea.es –.

Hoy en día, la construcción con estructura de madera, concretamente en forjados, se extienden por todo el territorio nacional a través de edificios pertenecientes, tanto a Patrimonio, como al uso de vivienda ubicada en cascos históricos de ciudades. Pese a las políticas de concienciación gubernamental respecto de la conservación de bienes inmuebles, de protocolos sobre inspección técnica de edificios o de los fondos destinados a subvencionar obras de rehabilitación, la realidad de estas estructuras forma parte del cajón desastre de la arquitectura. Tradicionalmente el arquitecto se enfrenta a este tipo de problemática con una mano en la espalda, debido, fundamentalmente, a la formación académica recibida, que ha venido aparcando esta temática de rehabilitación de estructuras para ámbitos más relacionados con especialización y posgrado. Generalmente la visión del arquitecto de esta
situación es, o bien de desconocimiento y/o desconfianza hacia el material, o el enfoque
de las soluciones es artesanal. Este panorama, plantea la posibilidad de intentar aglutinar
la casuística de lesiones y procesos patológicos en las estructuras sometidas a flexión en los forjados, hacia una solución de “mínima incisión” y que aproveche la capacidad mecánica residual de la madera. Este artículo trata, por tanto, de “recuperar” a la madera, de forma sostenible, evitando demoliciones masivas e indiscriminadas, y apoyándose en un conocimiento exhaustivo del verdadero comportamiento de la madera, esté atacada o no. La realidad es que confiamos en materiales inventados o procesados por el hombre, y no confiamos en los que nosotros no hemos controlado. Esta percepción es habitual de la sociedad industrializada y creyente de sus propias posibilidades. Si bien la madera tiene un origen biológico, eso no implica en ningún caso que su constitución sea más susceptible de ser atacada que otros materiales como el acero o el hormigón. Sin embargo, tanto el acero como el hormigón armado poseen un recorrido mínimo comparados con el de la madera. Esto pasa, por ejemplo, con el comportamiento ante estados de humedad prolongada (Ils. 1A y 1B)

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La madera es un material con gran capacidad mecánica y claramente sostenible, sobre el que debemos trazar estrategias de conservación inteligente y ecológica. Un examen de la capacidad mecánica residual de la estructura de madera, es decir, de su rigidez y de su resistencia residual, es paso previo imprescindible antes de plantear cualquier tipo de intervención en este tipo de estructuras. Los datos que se suelen recoger dependen de varios parámetros como la clasificación estructural, deformación diferida o, luz, la mayoría con inspecciones visuales. Hoy se abren camino numerosas líneas de investigación enfocadas en las técnicas no destructivas, que por otro lado son tremendamente respetuosas con las intervenciones y gozan de un carácter sostenible en el ámbito de la rehabilitación.
Recientes estudios, han determinado que los valores resistentes de la madera, incluso en el caso de ataque por hongos o insectos deciclo larvario (Ils. 5 y 6), es considerable. Si consideramos el daño sufrido por la sección de madera, ya sea perimetral o con pérdida de canto, podemos llegar a estimar con precisión la disminución de la rigidez y resistencia,
gráficamente (Ils. 3 y 4), observándose la variación de la capacidad mecánica al disminuir la sección de la escuadría. La problemática de la intervención en elementos de patrimonio histórico artístico, por la cara superior (como los artesonados de

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madera) o en edificios de viviendas, constituyó el punto de partida para concebir este sistema
constructivo de recuperación sostenible de forjados, que diera una respuesta eficaz a
este problema. La idea consistió en partir de una serie de parámetros básicos, y respetuosos con la idea de intervención sostenible, con la voluntad de marcar una metodología de trabajo y mejora de la capacidad mecánica de forjados de madera preexistentes. Los parámetros fueron los siguientes:

• Aplicación tanto a piezas dañadas como a aquellas, que estando sanas, son objeto de
incremento de su capacidad.
• Intervención con mínima incisión, por la cara superior del forjado y sin apeo.
• Economía de materiales y mano de obra (en especialización y horas/operario).
• Facilidad de manipulación y montaje.
• Aumento significativo de la rigidez y resistencia.
• Reducción significativa de la demolición y de la producción de residuos urbanos.
• En determinados casos, aumento significativo del aislamiento acústico y de la vibración.
• Dotar a los entramados horizontales preexistentes de una losa superior de forjado que homogenice el reparto de tensiones sobre la misma y acodalando los elementos de carga vertical. Dadas las características de la madera, y

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pretendiendo que el aprovechamiento de dichomaterial sea el adecuado, se planteó un trabajo conjunto entre acero y madera. Esta sinergia de materiales se plasma en una respuesta sinérgica de la capacidad mecánica del acero y de la madera (parte en compresiones
y parte en tracciones). La intervención se efectúa por la cara superior, una vez descubierta la madera del forjado. La eliminación de la capa de agarre supone una reducción de peso para la estructura de madera ya deformada (flecha diferida). En el espacio que antes ocupaba el
solado y su agarre, se puede disponer el refuerzo y una losa superior de forjado. Dado que los forjados de madera carecen de la hoy preceptiva losa superior de forjado, las deformaciones de los elementos lineales sometidos a flexión son diferentes de unas piezas a otras. Las ondulaciones convierten al forjado en una superficie, a veces de grancomplejidad y con curvaturas en varios planos diferentes.Con el refuerzo metálico planteado se homogeniza no sólo la superficie del forjado sino también su comportamiento estructural. Con este tipo de intervención se realizan actuaciones de mínima incisión, en las que no existe trabajo por debajo del forjado (como apeos o puntales). Esta posibilidad de intervenir sólo por una de las caras facilita el régimen de programación de las obras, la ausencia de desalojo en viviendas o la influencia en zonas delicadas en obras de patrimonio histórico artístico (artesonados). Los materiales empleados en la rehabilitación integral del forjado, siguiendo este sistema constructivo, se limitan al acero y a los elementos de conexión con la madera de las viguetas (Ils. 7a – 8b). Por otro lado, y al no intervenir sistemas sofisticados de unión (resinas epoxi, fibra de carbono, etc.) no es necesario empleo de mano de obra especializada. El refuerzo metálico se coloca atornillando sobre la madera previa incisión en la misma de una acanaladura que aloja la pletina o pletinas verticales inferiores.

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1a Forjado de viguetas IPN de acero laminado de 10 años de antigüedad

1b Forjado de madera de conífera de 130 años deantigüedad de la misma vivienda

2 Detalle de nudo en ataque por hongos de pudrición parda
3 Gráfica de la relación de pérdida de resistencia y rigidez relacionada con la pérdida de sección
4 Croquis de la escuadría de madera con pérdida de sección
5 Testa de vigueta de madera con ataque por insectos de ciclo larvario
6 Imagen microscópica de madera de conífera atacada por insectos de ciclo larvario.
7a Refuerzo de acero de doble pletina inferior sobre madera
7b Solución de refuerzo con doble pletina inferior
8a Refuerzo de acero de una pletina inferior sobre la madera
8b Solución de refuerzo con una pletina inferior
9 Prótesis de madera con doble pletina inferior

 

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La pieza se acopla desde arriba sobre la madera, quedando ligeramente separada de la cara superior de la escuadría de madera. La completa unión refuerzo-madera, se lleva a cabo mediante el atornillado del metal que hace que los dos materiales queden adheridos. Los tirafondos (DIN 571) poseen longitud y sección diferente según el tipo de refuerzo que se emplea, y éste depende de la capacidad mecánica que se desee adquirir y de la sección de la pieza a reforzar (Ils. 16, 17). Los tornillos, que poseen una separación de 100 mm siempre al tresbolillo en torno a las pletinas, se introducen (sobre un pretaladro) con ayuda de una máquina de atornillado,

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aunque las últimas vueltas se realizan manualmente con una llave para evitar la rotura
a torsión del tirafondos (Ils. 18, 19). Uno de los objetivos perseguidos con el empleode este sistema constructivo, como ya se expuso más arriba, es el incremento de resistencia y rigidez en la estructura lignaria. Para conseguir esto, los valores de trabajo de las piezas se ensayaron previamente mediante el Método de Elementos Finitos (MEF), a través de programas informáticos que permitían simular los tres componentes del sistema, el refuerzo, los conectores y la madera. El proceso se encuadra en un sistema cíclico (Il. 10) para optimizar las distintas etapas del diseño y el proceso de experimentación.Los ensayos se llevaron a cabo sobre piezas a escala real de distinta tipología y constitución(madera laminada, madera maciza y madera antigua), y se establecieron patrones de comparación con elementos que servían de testigo, sin reforzar. Las pruebas tuvieron lugar en el INIA, Instituto Nacional de Investigación Agraria, que posee instrumental de ensayo para grandes probetas (en este caso vigas de madera de hasta 4 m de longitud), similares a las piezas que podemos encontrar en un forjado convencional. En los ensayos se obtuvieron valores de deformación, y de tensión en distintas fases de la carga, aunque lo que primó es el ensayo a rotura de las piezas según la UNE EN 408. Las conclusiones de los resultados de laboratoriofueron decisivas (Il. 11), consiguiéndose incrementos de resistencia, en algunos casos (madera maciza), del doble respecto de las piezas sin reforzar. Un dato muy interesante es que los CoV (Coeficientes de Variación) de las distintas muestras se redujeron considerablemente al emplear el refuerzo, comprobándose de nuevo que este actuaba homogeneizando el conjunto. A pesar de la problemática de la deformación diferencial entre madera y acero, el ensamble de los materiales en el sistema constructivo, demostró que la madera posee una capacidad mecánica residual a tracción considerable y que ésta se ve complementada con el acero, tras la ascensión experimentada por la fibra neutra dentro de la sección reforzada. Se posibilita así, que la línea estructural de madera, ahora reforzada, funcione en la franja óptima de esfuerzos, recuperándose su función portante en el caso de piezas con cierto grado de ataque e incrementándose notablemente su capacidad de absorber nuevas cargas para las que el forjado antiguo no estaba preparado. Finalmente y tras la campaña de ensayos se decidió aplicar el sistema en un ensayo de campo con problemas de ataques por hongos de pudrición. En una vivienda del casco antiguo de Madrid, se descubrió toda la estructura y se aplicó el refuerzo.

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Dado que la escuadría de las piezas de madera era pequeña (10 cm ≈ 15 cm), se empleó un refuerzo de una sola pletina inferior, y con unos valores de rigidez acomodados a la franja de recuperación que se pretendía en función de la capacidad mecánica del forjado de la vivienda. En los distintos paños del forjado, se comprobó la capacidad mecánica residual, registrándose algunos casos por encima del 120%. Las flechas (inicial y final) de los paños eran altas, lo que atestiguaba un problema de ataque antes incluso de proceder al levantamiento del solado para comprobar el estado de la madera. Tras los cálculos realizados sobre los paños concretos se diseñó un perfil (Il. 12) que recuperaba la capacidad mecánica de las piezas hasta el 60%. Para el montaje se cortó la acanaladura con sierra de disco (Il. 14) para posteriormente realizar la perforación con sierra motorizada (Il. 15).El atornillado de la pieza metálica se lleva a cabo desde los apoyos hacia el centro, y la deformación de la pieza se va reduciendo al ir uniéndose acero y madera (Il. 20). Por otro lado, dado que la fase de tornillado conlleva tanta importancia de cara a la conexión entre los dos materiales, se han realizado estudios para poder conocer el rango del par de apriete en los tornillos de los refuerzos, con valores que superan en la fase acabada los 15 Nm. Inicialmente, y a través de la terminación del solado empleando morteros aligerados así como una losa superior de forjado cuya función aparte de la estipulada por el CTE y el Eurocódigo, trata de complementar a través de una estructura de tres materiales (madera, acero y hormigón) el refuerzo antes expuesto (Il. 22). En estos momentos, se está trabajando en la segunda generación de este tipo de refuerzos empleando acero conformado en frío de 1 mm de espesor con unos resultados muy prometedores cifrados en valores muy similares de resistencia y en reducción de peso considerable.

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10 Proceso cíclico de diseño y validación del sistema constructivo
11, 12 Resultados del incremento de resistencia en refuerzos (11) y en prótesis (12) en la campañade ensayos de laboratorio
13 Modelo de refuerzo empleado en el ensayo de campo
14 Acanaladura iniciada con sierra de disco
15 Corte de la madera con sierra motorizada
16 Acanaladuras en la madera practicada con sierra motorizada
17 Ensamble del refuerzo de doble pletina inferior
18 Pretaladros en la madera
19 Atornillado manual en las últimas vueltas de rosca
20 Atornillado de tirafondos de forma mecánica
21 Forjado con la pieza de refuerzo ensamblada
22 Imagen de sección compuesta madera-acerohormigón armado
23, 24 Relleno de la zona de entrevigado con mortero aligerado.

 

Fdo. Carlos González Bravo

Ganador del Accésit XXVI Premio Manuel Lallana 2015

Publicado en la Revista DETAIL