Evaluación del estado resistente mediante resistógrafo y propuesta de rehabilitación de la cubierta del mercado de ganado de Pola de Siero, Asturias

Transcripción

1 30 Evaluación del estado resistente mediante resistógrafo y propuesta de rehabilitación de la cubierta del mercado de ganado de Pola de Siero, Asturias Soledad Rodríguez y Vanessa Baño, Área de Madera Estructural y Construcción. Cetemas. Alfonso Lozano, Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación. E.T.S.I.I. Universidad de Oviedo. 1. Introducción Actualmente, la construcción de estructuras resistentes con madera está recuperando la importancia que le fue arrebatada a comienzos del siglo XX por el uso de otros materiales como el acero o el hormigón. Entre las ventajas de la madera como material de construcción cabe destacar algunas como su carácter de material renovable y reciclable, su eficiencia energética (bajo consumo para su producción), su eficiencia mecánica (elevada resistencia estructural en relación a la ligereza del material) o su gran adaptabilidad a los distintos ambientes y funciones. Los problemas que pueden afectar a las construcciones de madera son debidos principalmente a una errónea concepción de la obra y/o ausencia de mantenimiento, destacando los daños producidos por hongos e insectos asociados a un alto contenido de humedad en la madera. Normalmente, la existencia de dichos daños no tiene porqué ser peligrosa si se localiza su presencia a tiempo y se corrigen los fallos estructurales que facilitaron su aparición; el problema en sí aparece cuando su presencia se detecta en un estado de desarrollo tal que la estructura podría no cumplir ya sus funciones resistentes. Esto es algo difícil del comprobar, ya que muchas veces la única forma de conocer el estado de un elemento sería a través de métodos destructivos que lo imposibilitarían para cumplir su función nuevamente. En los últimos años se han desarrollado nuevas herramientas de evaluación no destructivas con las que se puede determinar el grado de daño de un elemento, sin apenas producir cambios en él, y que han supuesto un gran avance para todo tipo de rehabilitaciones en madera estructural. Uno de los factores más importantes a la hora de realizar una correcta ejecución de una estructura de madera es el cálculo estructural. Actualmente en España es de obligado cumplimiento, desde el año 2007, el Código Técnico de la Edificación (C.T.E.) en su Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera. Dicha norma es válida para madera aserrada y laminada, y establece el método de cálculo de la resistencia y deformación de la madera, así como de las uniones. Otro aspecto a tener en cuenta durante la ejecución de una estructura es el concerniente a las condiciones ambientales a las que se va a someter la madera una vez puesta en obra. La durabilidad natural de la madera presenta una fuerte variabilidad en función de las condiciones ambientales, especialmente la humedad, y de la especie (Peraza Sánchez, 2001). El Código C.T.E. define un sistema de clasificación de las situaciones a las que se expone la madera que se denomina Clases de uso, las cuales dependen principalmente del grado de humedad que pueda llegar a alcanzar la madera durante su vida de servicio (Tabla 1). La asignación de un elemento de madera en su clase de uso correspondiente determinará el tipo de protección necesaria (superficial, media o profunda) y el método de tratamiento de la madera tal como se indica en la Tabla 2. El presente trabajo pretende dar a conocer herramientas de evaluación no destructivas aplicables a proyectos de rehabilitación, para lo cual se describe como ejemplo la evaluación del estado resistente y sanitario de la estructura de cubierta de madera del Mercado Nacional de Ganado de Siero (Asturias) (Rodríguez Lazcano, 2010). Para el análisis de la estructura se utilizó el método no destructivo de la perforación resistográfica. El resistógrafo consiste en un taladro mecánico (Fig.3) que realiza una perforación de 2 a 3 mm de CLASE CARACTERÍSTICAS DE USO SITUACIÓN DEL ELEMENTO CONTENIDO DE HUMEDAD RIESGO 1 Bajo cubierta y protegido de la intemperie < 20% Termitas y coleópteros 2 Bajo cubierta pero en contacto con ambiente exterior Puede sobrepasar el 20% Hongos, termitas y coleópteros Exterior, descubierto, protegido 3.1. Exterior, descubierto, no protegido Puede sobrepasar el 20% Hongos, termitas y coleópteros 4 En contacto con suelo o agua dulce > 20% permanentemente Permanente de pudrición y ataque de termitas 5 En contacto permanente con agua salada > 20% permanentemente Permanente pudrición, termitas y xilófagos marinos Tabla 1. Clases de uso (C.T.E.-D.B.-S.E.-M:2009).

2 31 CLASE DE USO TIPO DE PROTECCIÓN MÉTODO DE TRATAMIENTO 1 Superficial 2 Superficial Recomendable media Media Pincelado Pulverización Inmersión breve (>3 minutos) Pincelado Pulverización Inmersión breve (>3 minutos) Inmersión prolongada Autoclave (doble vacío) Inmersión prolongada Autoclave (doble vacío) 3 Recomendable profunda Autoclave (vacío-presión) 4 Profunda Autoclave (vacío-presión) 5 Profunda Autoclave (vacío-presión) Tabla 2. Clases de protección y métodos de tratamiento (C.T.E.-D.B.-S.E.-M:2009). diámetro en la dirección radial de la sección de la pieza, evaluando la resistencia que ofrece a la perforación, que su vez puede relacionarse con la densidad de la madera. El equipo genera un perfil que representa la potencia consumida frente a la profundidad alcanzada, poseyendo un grado de precisión muy alto, detectando incluso las variaciones de densidad correspondientes a la madera de primavera y verano (Arriaga et al., 2002). Entre las diversas aplicaciones del resistógrafo destacan las referentes a la inspección de piezas de madera y otras como la detección de daños internos en los árboles en pie, con el fin de ayudar en la toma de decisiones sobre su conservación o eliminación por motivos de seguridad. Respecto a la evaluación de estructuras, una de las ventajas que ofrece es la posibilidad de inspeccionar zonas ocultas como falsos techos, apoyos de cabezas de vigas en muros, etc. Su otra ventaja principal es permitir una interpretación de los resultados a pie de obra gracias a los perfiles que se generan durante la perforación. El mercado nacional de ganado de Pola de Siero La nave de exposición del Mercado Nacional de Ganado de Pola de Siero se encuentra ubicada a las afueras del núcleo urbano, ocupando una superficie aproximada de m2 y estando formada su cubierta por una estructura de madera. Dicha estructura está compuesta por trece arcos triarticulados fabricados en madera laminada encolada de Picea abies que apoyan sus extremos en una articulación sujeta a una base trapezoidal de hormigón (Fig.1). Sobre los arcos, que distan entre sí diez metros y que cubren una luz aproximada de 64 m, se encuentran las vigas riostras y las correas, que soportan el peso del cerramiento y de una chapa de policarbonato rectangular situada en el centro y encargada de la iluminación de la nave (Fig.2) Desde su construcción hasta la actualidad la nave ha sufrido diversas reformas, orientadas principalmente a facilitar el manejo y comercialización del ganado, aunque en los últimos años fue necesaria la intervención sobre el cerramiento en varias ocasiones debido a la existencia de goteras sobre la estructura en las zonas de unión con la plancha de policarbonato. En el año 2009, la persistencia de las goteras que afectaban a la estructura de madera hizo que el Ayuntamiento solicitara una evaluación del estado de la misma y la búsqueda de una solución al problema existente. 2. Metodología de inspección y obtención de resultados Inspección visual de los elementos afectados El primer síntoma que se apreció en la estructura de la cubierta fue la existencia de goteras en determinados puntos de la misma. En una inspección inicial de la estructura, se observó que el arco número tres comenzando por la entrada del Mercado (Fig.1) presentaba signos de pudrición en varias zonas, identificados por cambios de color debido al agua arrollada y mohos. Selección de los puntos a medir Para determinar el grado de afección del arco afectado se tomaron muestras en tres zonas diferentes: 1. Zona de prueba (patrón): se tomó un punto de medición sobre la madera sana, situado en la parte inferior izquierda del arco. Éste se toma como punto de referencia (patrón) con respecto a las demás zonas estudiadas. 2. Mitad derecha del arco: se tomaron 27 medidas centradas principalmente en la parte superior del arco. Se toman puntos cada 100 mm ó 200 mm según la vertical y cada 500 mm según la horizontal. Se anotaron los contenidos de humedad en tres puntos de esta mitad con ayuda de un xilohigrómetro. 3. Mitad izquierda del arco: se tomaron 8 medidas resistográficas en el tramo izquierdo, justo debajo de cada correa, con una separación entre puntos de medición de 100 mm según la vertical. Se anotaron también los contenidos de humedad a lo largo de esta mitad. Medición de la resistencia a la perforación con el resistógrafo En cada uno de los puntos definidos anteriormente se realizó una perforación con la pistola taladradora, con el fin de obtener una gráfica donde se refleja la oposición de la madera a la penetración de la varilla del resistógrafo (Fig.3). Cada medición se almacenó en el propio equipo para su posterior análisis. La salida gráfica en papel, simultánea a la medición permitió comprobar si los puntos previamente seleccionados eran suficientemente representativos del estado de la madera para determinar el grado de afección del arco. Figura 1. Estructura de madera de la cubierta del mercado, donde se destaca la parte dañada del arco número 3 (Ayuntamiento de Siero) Figura 2. Elementos principales que componen la estructura de cubierta

3 32 Figura 3. Resistógrafo (izq.). Detalle de un momento de las mediciones con el resistógrafo sobre el arco (dcha.) Figura 4. Situación en el arco y gráficos correspondientes a los puntos 31 y 32 Determinación de los resultados de resistencia a la penetración y análisis de los elementos afectados La descarga de los datos almacenados y su procesado se realizó a través de los programas DECOMTM Scientific y Microsoft Excel. En un primer lugar, se procesaron los perfiles resistográficos mediante una división zonal establecida en función de las variaciones de resistencia a la perforación apreciadas dentro de cada perfil. Cada una de estas zonas se marcó y etiquetó con un color que ayudó a diferenciar las distintas etapas del crecimiento del árbol (médula, madera juvenil, madera adulta) así como su estado (sano o dañado). Respecto al estado de la madera, las zonas sanas se caracterizaron por poseer una elevada y constante resistencia a la perforación, mientras que las zonas dañadas disminuyen marcadamente la resistencia a la penetración. La superposición de los perfiles resistográficos correspondientes a los diferentes puntos de medición según la vertical (canto del arco) permitió un mejor análisis de las zonas dañadas por hongos de pudrición, comparándolas con las zonas sanas del arco y con la medición en la zona patrón. Cálculo de la estructura de madera según Código Técnico de la Edificación Una vez determinada la sección dañada del arco, era necesario comprobar si la madera sana cumpliría su función resistente de sostén de la cubierta del mercado. Para esto fue necesario realizar los cálculos estructurales de resistencia y deformación. Para el cálculo estructural de los elementos dañados se aplicó el Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera del C.T.E. El cálculo estructural se planteó de la siguiente manera: en un primer lugar se realizó un cálculo de los esfuerzos a los que están sometidos los elementos de la cubierta (arco y correas) en un planteamiento tridimensional de la misma. Posteriormente, se elaboraron unas hojas de cálculo con el programa Microsoft Excel según los requerimientos del C.T.E. en su Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera, para la realización del cálculo estructural de los elementos que componen la cubierta, analizándose resistencia, deformación y estabilidad a fuego. 3. Resultados Resultados de la inspección visual y de las medidas resistográficas La inspección visual realizada determinó inicialmente que la parte menos afectada del arco número tres era la mitad izquierda. Los pasos de agua presentes no afectaban en profundidad al elemento, siendo el valor más elevado de humedad obtenido del 36%. Según las medidas resistográficas realizadas en este tramo, los puntos evaluados tanto a 100 mm como a 200 mm de la parte superior del arco no presentaban pudrición ni madera dañada. Los gráficos no describían grandes variaciones de resistencia a la perforación, siendo prácticamente constantes sin producirse un descenso acusado de la resistencia (Fig.4). En el caso de la mitad derecha, la acumulación de agua sí había afectado al elemento en profundidad: se observaron procesos activos de pudrición por hongos y una humedad máxima de aproximadamente el 60%. Las mediciones resistográficas confirmaron a su vez el grado de pudrición del tramo. En todos los puntos distantes a 100 mm de la parte superior del arco se observó una disminución a la resistencia a la penetración, constante a lo largo de la dirección longitudinal. Los puntos evaluados a 200 mm de la parte superior presentaban gráficos correspondientes a madera sana, con unas resistencias a la perforación constantes y sin las marcadas disminuciones que presentaban los perfiles de madera en mal estado. Se estimó por lo tanto que el punto de transición entre la madera dañada y la sana se encontraba entre los 100 y los 200 mm superiores (Fig.5) La inspección visual de la estructura reveló la existencia de otros elementos afectados por pudrición, como el alza de apoyo entre el arco y el cerramiento, y las cabezas de las correas que soportan el lucernario. Resultados del cálculo estructural Los cálculos estructurales se basaron en dos supuestos: un primer cálculo del elemento completo según el Documento Básico de Seguridad Estructural en Madera y un segundo cálculo del elemento con la sección correspondiente a la madera sana (eliminando la sección dañada) con el fin de obtener la pérdida de resistencia provocada por la pudrición. Las comprobaciones estructurales a las que fue sometida la sección sana del arco demostraron que el elemento, una vez eliminada la sección dañada en el tramo derecho, seguiría cumpliendo todas sus funciones debido a que la afección se localizaba muy próxima a la clave del arco, no coincidiendo con el tramo de arco más desfavorable en cuanto a resistencia estructural. Este resultado indicó que la solución estructural que se decidiera llevar a cabo sólo tendrá que cumplir dos funciones: una función estética, para que el arco

4 33 siguiera siendo semejante al resto que componen la estructura, y una función de sostén de los elementos que se encuentran situados encima. Propuesta de solución y rehabilitación de la cubierta en función de los resultados obtenidos Figura 5. Situación en el arco y gráficos correspondientes a los puntos 13 y 14 Debido a que el problema de pudrición del arco número tres de la cubierta estaba causado por la presencia de goteras sobre el mismo, la primera medida que se debería llevar a cabo, previamente a la rehabilitación estructural, sería el correcto sellado del lucernario y la revisión de otros puntos críticos de la estructura que pudieran facilitar la entrada de agua. En base a los resultados obtenidos, se plantearon varias actuaciones sobre la estructura de la cubierta (llevadas a cabo por la empresa Media Madera Ingenieros Consultores, S.A.) las cuales se describen a continuación: Sustitución de las correas Durante la inspección visual se observó que los apoyos de las correas sobre el arco estaban también afectados por pudrición. La mejor solución debido a la simplicidad de los elementos y a la facilidad del montaje fue la sustitución por otras, ya que la eliminación y sustitución de las cabezas sería un proceso de mayor complejidad. Eliminación del alza de apoyo sobre el arco La pieza de apoyo sobre el arco o alza, tanto en el lado izquierdo como en el derecho del mismo, fue el primer elemento de la estructura que se vio afectado por la presencia de las goteras. Debido al grado de pudrición que presentaba, y para poder continuar con el saneado del arco por debajo de la misma, se procedió a su eliminación. Una vez eliminada y saneado el resto del arco, fue sustituida por una pieza nueva en ambos lados del arco.

5 34 Saneado del arco: eliminación del tramo dañado Tras delimitar mediante el uso del resistógrafo la zona afectada por pudrición en el tramo de derecho del arco, se procedió a su eliminación y, a continuación, a un saneado de la zona consistente en un lijado y en la aplicación de un protector superficial a base lasur (barniz de poro abierto). Solución constructiva adoptada en los arcos Una vez comprobado, mediante la realización de los cálculos estructurales, que la sección sana resultante del arco cumplía su función resistente, se planificaron los trabajos de restauración del arco. Se fabricó una pieza de madera laminada de la misma especie que la inicial y de clase resistente Gl28h, con la forma exacta de la sección dañada eliminada en el arco. Ésta se fijó al arco mediante encolado simple, al no ser necesario que la pieza trabajase solidariamente con el arco, cumpliendo la función estética requerida y de apoyo de los elementos inmediatamente superiores que sirven de sujeción de la cubierta. 4. Conclusiones 1. La estructura de madera de la cubierta del Mercado estaba calculada inicialmente para cumplir sus funciones en un ambiente determinado, de forma que el contenido de humedad en la madera fuera el correspondiente a una temperatura de 20 ± 2ºC y que la humedad relativa del aire sólo excediera el 85% unas pocas semanas al año. En esta clase de servicio, la mayoría de las coníferas no excede del 20% de humedad de equilibrio higroscópico medio. El tratamiento protector que se le aplicó a la madera antes de su puesta en obra fue sólo superficial al estar protegida de la acción directa de las inclemencias meteorológicas. Como se apreció durante la inspección visual y el análisis resistográfico, este contenido inicial del 20% en la madera se vio muy incrementado en determinadas zonas de la estructura debido al problema de entrada de agua a través del cerramiento, ese aumento en el contenido de humedad provocó la aparición de procesos de pudrición en varios elementos, desconociéndose inicialmente el grado de afección en los mismos así como las consecuencias de su daño en el conjunto de la estructura. 2. La inspección visual del arco número tres confirmó la existencia de pudriciones en el mismo, pero no era posible determinar con exactitud la profundidad de afección en la sección. El uso del método no destructivo de la perforación resistográfica permitió estimar que el punto de transición entre la madera dañada y la sana, en el tramo más afectado del arco, se encontraba entre los 100 y los 200 mm superiores del mismo. La posterior eliminación de la sección comprendida hasta los 200 mm aproximadamente en el plano vertical ANCHO (mm) CANTO (mm) RESISTENCIA A FLEXIÓN (%) % % % % % Tabla 3. Relaciones entre la disminución del canto y la resistencia a flexión. permitió comprobar la exactitud de las estimaciones realizadas. La sección eliminada comprendía un total de siete láminas de 3 cm de grosor, es decir, un total de 210 cm del arco, donde se apreció que la pudrición era clara en las cinco primeras láminas y que desaparecía quedando prácticamente sanas la sexta y la séptima. 3. El uso del resistógrafo, junto con los cálculos estructurales previos a la intervención en la estructura, permitió planificar de forma precisa y exacta los trabajos a realizar sobre la misma, evitándose pérdidas de tiempo que se traducirían a su vez en pérdidas económicas innecesarias. Se evitó proceder a un rebajado gradual del arco dañado hasta alcanzar la zona de madera sana y se pudo mantener la estructura vieja soportando la cubierta mientras se fabricaba la pieza de madera laminada de iguales dimensiones y características. 4. Los métodos de cálculo permitieron también realizar una evaluación del estado resistente del arco según la evolución de la pudrición. Para ello se realizó una relación, basada en los datos de capacidad resistente del arco, entre la sección afectada del arco y el tanto por ciento de resistencia a flexión (Tabla 3). Esta resistencia se valora respecto al 100%, lo cual supondría el fallo del elemento. Si la pudrición hubiese alcanzado una profundidad de 500 mm el arco ya no cumpliría a resistencia según las exigencias del Código Técnico de la Edificación. En la gráfica que acompaña a la Tabla 3 se comprueba que el punto exacto donde se produciría el fallo se da con una sección efectiva de aproximadamente 900 mm. Bibliografía y normativa citada - Arriaga Martitegui, F.; Peraza Sánchez, F.; Esteban Herrero, M.; Bobadilla Maldonado, I.; García Fernández, F. Intervención en estructuras de madera. AITIM Peraza Sánchez, F. Protección preventiva de la madera. AITIM Rodríguez Lazcano, S. Evaluación del estado sanitario mediante resistógrafo y propuesta de rehabilitación de la cubierta del Mercado de Ganado de Pola de Siero, Asturias. Universidad de Oviedo C.T.E. D.B. S.E. M. Código Técnico de la Edificación. Documento Básico Seguridad Estructural en Madera. Ministerio de Fomento